В 2016 году команда обсерватории LIGO поразила весь мир, когда сообщила об открытии гравитационных волн, долетевших до нас от столкновения двух черных дыр миллиарды лет назад.
Событие принесло не только радость (и парочку Нобелевских премий), но и новые вопросы. У тех черных дыр были очень необычные массы. Настолько необычные, что оставалось лишь предположить, что эти дыры образовались, когда вселенной была всего одна секунду.
Как сделать черную дыру?
Мы знаем, как формируются черные дыры в современной вселенной. Нужно взять массивную звезду, как минимум в 8 раз массивнее солнца, а потом подождать, пока она не сожжет весь свой водород. На это уйдет несколько десятков миллионов лет. Не так уж много по астрономическим меркам.
В конце своей жизни эта звезда взорвется в сверхновую. Давление в ядре достигнет таких значений, что часть схлопнется в черную дыру. Чем больше была звезда, тем больше будет черная дыра.
Черные дыры, которые породили те гравитационные волны, были массами от 30 до 35 солнечных. Если они действительно родились из звезд, то массы этих звезд должны были быть более 100 солнечных. Или же эти дыры образовались из множества маленьких черных дыр.
В тот момент оба эти сценария казались неправдаподобными. Насколько огромные звезды мы во вселенной еще не видели, а слияния черных дыр происходят слишком редко, чтобы накопить такую массу.
Так может эти дыры образовались каким-то другим образом?
Большой взрыв – машина по созданию черных дыр
Ранняя вселенная была очень жарким и напряженным местом. Таких температур и такого давления сегодня нельзя встретить нигде.
Теоретически, в те давние времени, при наличии правильных условий, облачка газа могли спонтанно схлопываться в черные дыры самого разного размера: от парочки килограмм до тысяч солнечных масс.
На каждого физика-теоретика, занимающегося проблемой возникновения тех ранних черных дыр, приходится как минимум одна гипотеза о том, как они могли образоваться: от инфляционной теории до сталкивающихся вселенных.
С одной стороны, очень легко объяснить результаты LIGO столкновением таких древних дыр. С другой стороны, если бы Вселенная была полна таких черных дыр со времен Большого взрыва, то «запела» бы не только LIGO.
Охота в темноте
Как бы выглядела вселенная, полная первобытных черных дыр? Вот он – вопрос на миллион, который может помочь нам проверить нашу гипотезу о возрасте дыр в том столкновении.
Во-первых, черные дыры могут случайно сталкиваться с другими объектами или, по крайней мере, гравитационно с ними взаимодействовать. Черная дыра массой в килограмм, столкнувшись с Землей, вызвала бы землетрясения. Дыры чуть побольше способны растянуть в стороны двойные звезды и нарушить движение карликовых галактик. Столкновение черной дыры с нейтронной звездой спровоцировало бы мощный взрыв. Если гипотетическая Девятая планета и является черной дырой, ее размер должен быть не больше теннисного мяча.
Да и черные дыры не такие уже черные. Они могут светиться, пусть и очень слабо, гипотетическим излучением Хокинга. Это излучение объясняется квантовыми процессами.
Большие черные дыры почти не светятся. Дыра массой с наше Солнце испускала бы 1 фотон в год. На полное «испарение» у нее бы ушло 10^60 лет. Но мелкие дыры могут «испаряться» гораздо быстрее, вспыхивая энергией.
Такие черные дыры могли нарушить происходящее в ранней Вселенной, изменив соотношение элементов в реликтовом излучении.
В общем, это никак не сочетается с тем, что мы видим во Вселенной. Такие первобытные черные дыры оставляли бы следы, которые мы должны были бы заметить.
Так что, пусть мы и не можем пока объяснить массы тех черных дыр, гипотеза о первобытных черных дырах совсем уж не вяжется с наблюдениями.
—
Материал написан по статьям с Space.com.
