Тёмная материя - это одна из очень сложных загадок Вселенной. Понятно, что она существует, но совершенно не ясно, что она из себя представляет, как её найти и как объяснить её существование, не поссорившись со всеми законами физики разом.
Недавнее исследование коллектива учёных из Йельского университета, Университета Майами и Европейского космического агентства предлагает решение сей проблемы. Согласно их новой теории, чёрные дыры - и есть та самая тёмная материя, которую все мы ищем.
"Наше исследование предсказывает, как предположительно выглядела ранняя вселенная, если тёмная материя состоит не из неизвестных частиц, а из чёрных дыр, образовавшихся сразу после Большого взрыва, как предположил Стивен Хокинг в 1970-х годах", - сказал Нико Каппеллути, доцент физики в Университете Майами и первый автор исследования, которое планируется опубликовать в Астрофизическом журнале.
"Это исследование будет иметь большое значение", - продолжил Каппеллути, который в этом году расширил исследования, начатые им в Йельском университете в качестве аспиранта астрономии и астрофизики. "Во-первых, нам не понадобится "новая физика" для объяснения темной материи. Более того, это поможет нам ответить на один из самых насущных вопросов современной астрофизики: как могли сверхмассивные черные дыры в ранней Вселенной так быстро вырасти?
Согласно новой теории, сверхмассивные чёрные дыры образовались на основе первичных чёрных дыр, которые, в свою очередь, образовались непосредственно после появления Вселенной.
Учитывая механизмы, которые мы наблюдаем сегодня в современной вселенной, у сверхмассивных чёрных дыр не было бы достаточно времени для формирования. А вот если мы вводим в нашу модель первичные чёрные дыры, всё встаёт на свои места.
Считается, что темная материя, которая никогда не наблюдалась непосредственно, составляет большую часть вещества во Вселенной и выполняет роль своеобразного "каркаса", на котором формируются галактики и их скопления. Какую структуру будет иметь каркас - такую будет иметь и строение на его основе. Подобным образом и обычная материя расположена во Вселенной в соответствии с тем, как распределена материя тёмная. Но проблема в том, что тёмную материю очень сложно найти.
А вот чёрные дыры, которые можно найти в центрах большинства галактик, вполне наблюдаемы. Исследователи предполагают: а что, если благодаря гравитационным силам объекты во Вселенной расположены именно так, как они расположены потому что чёрные дыры - и есть та самая тёмная материя, и есть тот строительный каркас для Вселенной?
Эта теория не получила научного распространения, но Каппеллути, Натараджан и Хасингер предполагают, что она может быть верной с некоторыми небольшими изменениями. Их модель показывает, что первые звезды и галактики должны были образоваться вокруг черных дыр в ранней Вселенной. Они также предполагают, что первичные черные дыры могли бы вырасти в сверхмассивные черные дыры, питаясь газом и звездами в их окрестностях или сливаясь с другими черными дырами.
"Первичные черные дыры, если они действительно существуют, вполне могут быть семенами, из которых образуются все сверхмассивные черные дыры, включая ту, что находится в центре Млечного Пути", - сказал Натараджан. "Что лично я нахожу очень захватывающим в этой идее, так это то, как она элегантно объединяет две действительно сложные проблемы, над которыми я работаю, - исследование природы темной материи и образование и рост черных дыр - и решает их одним махом".
Первичные черные дыры также могут разрешить другую космологическую загадку: избыток инфракрасного излучения, синхронизированного с рентгеновским излучением, которое было обнаружено из отдаленных, тусклых источников, рассеянных по всей Вселенной. Авторы исследования заявили, что растущие первичные черные дыры будут представлять точно такую же сигнатуру излучения.
И, что самое приятное, существование первичных черных дыр может быть доказано - или опровергнуто - в ближайшем будущем благодаря телескопу "Джеймс Уэбб", запуск которого состоялся 25 декабря 2021 года.
Разработанный НАСА, Европейским и Канадским космическими агентствами в качестве преемника космического телескопа "Хаббл", "Джеймс Уэбб" может заглянуть более чем на 13 миллиардов лет назад, ибо свет в космосе летит миллиарды лет, что позволяет телескопу увидеть "фотографию" молодой Вселенной. Так что у него есть вполне реальные шансы обнаружить древние, первичные чёрные дыры. Что ж, будем ждать.
Автор статьи: Viggo Jackson
#чёрные дыры #космос #астрофизика #физика #астрономия #большой взрыв