Считается, что черные дыры рождаются после того, как массивная звезда исчерпывает свои запасы топлива и коллапсирует под собственным весом. Однако условия ранней Вселенной могли позволить образоваться множеству мелких черных дыр задолго до появления первых звезд.
Эти первичные черные дыры обсуждаются теоретиками на протяжении десятилетий и даже могут быть связаны с загадочной темной материей, которая составляет 85% общей массы Вселенной. Но до сих пор ни одной первичной черной дыры наблюдать не удалось. Новый виток дискуссия получила после того, как телескоп «Джеймс Уэбб» заглянул в раннюю Вселенную и увидел там много развитых галактик и черных дыр. Согласно существующей научной картине мира они не должны были успеть сформироваться так быстро. Теперь ученые ищут объяснения этому.
Авторы нового исследования из Университета в Буффало (США), предлагают искать следы первичных черных дыр почти буквально совсем рядом: от крупных пустотелых планетоидов в космосе до обычных материалов на Земле, таких как камни, металл и стекло. Исследование опубликовано в Physics of the Dark Universe.
Утверждается, что первичная черная дыра, пойманная внутрь крупного скалистого объекта в космосе, могла бы поглотить его жидкое ядро и оставить его центр пустым. Кроме того, такая маленькая черная дыра могла бы оставить за собой прямые туннели, достаточно большие, чтобы быть видимыми под микроскопом, если она проходит сквозь твердый материал, включая материалы на Земле.
«Нам нужно мыслить нестандартно, потому что ранее применявшиеся методы не сработали», — говорит один из авторов исследования, доктор Деян Стойкович, профессор физики.
Исследование оценило, насколько большим может быть пустотелый планетоид, чтобы он не обрушился, и какова вероятность того, что первичная черная дыра пройдет через объект на Земле. Если вы беспокоитесь о том, что первичная черная дыра пролетит через вас, не стоит: в исследовании утверждается, что это не будет смертельно.
По мере стремительного расширения Вселенной после Большого взрыва, некоторые области пространства могли быть более плотными, чем все вокруг, что приводило к их коллапсу и образованию первичных черных дыр (ПЧД). ПЧД должны быть значительно меньше, чем черные дыры, родившиеся из звезд, но все же чрезвычайно плотными, подобно горе, сжатой до размера атома.
«Если у объекта есть мягкое центральное ядро, тогда оказавшаяся внутри него ПЧД может поглотить ядро, если его плотность выше плотности внешнего твердого слоя», — говорит Стойкович.
ПЧД затем может покинуть объект, оставив после себя только пустую оболочку. Авторы рассчитали: чтобы не разрушиться, такая пустая оболочка не может быть больше 1/10 радиуса Земли.
Эти пустотелые объекты могут быть обнаружены с помощью телескопов: масса и, следовательно, плотность объекта могут быть определены по его орбите. Если плотность объекта слишком низка для его размера, это признак того, что он полый.
Если у объекта нет жидкого ядра, ПЧД могут просто пройти сквозь них, оставив прямые туннели. Например, ПЧД массой в 10 в степени 22 грамм оставила бы туннель толщиной 0,1 микрона. Крупная плита из металла или другого материала могла бы служить эффективным детектором черных дыр, если бы ее мониторили на предмет неожиданного появления таких туннелей. Лучше искать уже существующие туннели в очень старых материалах. Однако, согласно расчетам, вероятность того, что ПЧД за миллиарды лет пройдет через старый валун, составляет 0,000001.
Таким образом, вероятность того, что ПЧД пройдет через вас, крайне мала. Даже если одна пройдет, вы этого не заметите. В отличие от скалы, человеческие ткани эластичны, поэтому ПЧД не разорвет их на части. Она не может высвобождать много энергии во время столкновения, так как движется слишком быстро.
«Киньте камень в окно, оно, наверное, разобьется целиком. Выстрелите в окно из пистолета, скорее всего оставите только аккуратное отверстие», — объясняет Стойкович.
Экзотические черные дыры могут быть побочным продуктом темной материи
А был ли Большой взрыв: астроном Владимир Сурдин — об открытии аномально ранних галактик