Темная материя — одно из самых загадочных явлений современной физики. Мы знаем, что она существует: её гравитационное влияние наблюдается в движении галактик и крупномасштабной структуре Вселенной. Но из чего она состоит — до сих пор неизвестно. Теперь японские ученые предлагают смелую гипотезу: темная материя может быть составлена из первичных черных дыр — экзотических объектов, возникших в первые мгновения после Большого взрыва.
Почему не частицы?
На протяжении десятилетий физики искали темную материю среди гипотетических частиц — аксионов, стерильных нейтрино и других экзотических кандидатов. Однако все попытки найти их в экспериментах на ускорителях частиц не увенчались успехом. Это натолкнуло исследователей на мысль: может, темная материя — это не частицы, а компактные массивные объекты, например, черные дыры?
Именно так появились гипотезы о первичных черных дырах — теоретических объектах, которые могли сформироваться в ранней Вселенной из плотностных флуктуаций, когда ещё не существовало звезд или галактик.
Проблема излучения Хокинга
Согласно общепринятой теории, первичные черные дыры малой массы не могли пережить миллиардолетнюю историю Вселенной из-за излучения Хокинга — эффекта квантового испарения черных дыр. Это означает, что в наше время могли бы существовать только те черные дыры, чья масса превышает примерно миллиард килограммов.
Но тут возникает новое противоречие: если такие массивные объекты заполняют Вселенную в достаточном количестве, чтобы объяснить темную материю, мы должны были бы уже заметить их гравитационное влияние. Однако этого не происходит.
Новая теория: «ярмо памяти» спасает черные дыры
Выход из этого парадокса может дать новая теория, основанная на идее грузинского физика Гии Двали. Ещё в 2018 году он предложил, что излучение Хокинга может подавляться за счет квантового механизма, связанного с информацией, поглощённой черной дырой. Он назвал это явление «ярмом памяти»: информация, содержащаяся в черной дыре, препятствует её испарению.
Японские исследователи развили эту идею и пришли к выводу: если излучение Хокинга действительно подавляется, во Вселенной до сих пор могут существовать первичные черные дыры массой менее 10 миллионов килограммов — гораздо легче, чем предполагалось ранее.
Что дальше?
Учёные считают, что слияния таких черных дыр должны сопровождаться излучением гравитационных волн. Эти сигналы могут быть зафиксированы будущими космическими обсерваториями, такими как LISA (Laser Interferometer Space Antenna) и DECIGO (Deci-hertz Interferometer Gravitational-wave Observatory).
Если эти предсказания подтвердятся, человечество может оказаться на пороге решения одной из величайших космических загадок — тайны природы темной материи. И, возможно, ответ скрывается не в мельчайших частицах, а в крошечных, давно забытых черных дырах, путешествующих по Вселенной со времен её рождения.