Исследователи из Центра исследований ранней Вселенной (RESCEU) и Института Кавли по физике и математике Вселенной при Токийском университете применили хорошо изученную и широко подтвержденную квантовую теорию поля, традиционно используемую для изучения мельчайших частиц, к новой цели — ранней Вселенной. Их исследование привело к выводу о том, что миниатюрных черных дыр должно быть гораздо меньше, чем предполагают большинство моделей, хотя наблюдения, подтверждающие это, должны скоро стать возможными.
Роль черных дыр в структуре Вселенной
Изучение Вселенной — задача не из легких. Несмотря на нечеткость деталей, общепринято, что Вселенная возникла около 13,8 миллиардов лет назад в результате Большого взрыва, быстро расширилась в период, известный как инфляция, и постепенно приобрела структуру и детализацию. Большая часть Вселенной пуста, но, тем не менее, она кажется значительно тяжелее, чем можно объяснить на основе видимого — это несоответствие мы называем темной материей. Существуют предположения, что она может состоять из черных дыр, особенно старых.
Примордиальные черные дыры и темная материя
«Мы называем их примордиальными черными дырами (PBH), и многие исследователи считают их мощным кандидатом на роль темной материи, но для подтверждения этой теории их должно быть достаточно много», — говорит аспирант Джейсон Кристиано. Он добавляет, что с появлением астрономии гравитационных волн были обнаружены слияния бинарных черных дыр, что можно объяснить существованием PBH в большом количестве.
Новый подход к моделированию PBH
Кристиано и его научный руководитель, профессор Джунъити Йокояма, директор Kavli IPMU и RESCEU, провели глубокий анализ различных моделей формирования PBH и обнаружили, что ведущие модели не соответствуют фактическим наблюдениям космического микроволнового фона (CMB) — своеобразного отпечатка пальцев от Большого взрыва. В результате они предложили новый подход, который лучше согласуется с текущими наблюдениями и может быть дополнительно проверен с помощью предстоящих наблюдений земными обсерваториями гравитационных волн.
Заключение
Исследование небольших масштабных колебаний в ранней Вселенной, по мнению Кристиано и Йокояма, может изменить стандартные объяснения крупномасштабных структур Вселенной. Кроме того, использование измерений длин волн CMB для ограничения соответствующих длин волн в ранней Вселенной также ограничивает любые другие явления, которые могли бы зависеть от этих более коротких, более сильных волн. Таким образом, текущие и будущие наблюдения за гравитационными волнами помогут уточнить теорию и, возможно, открыть новую страницу в понимании темной материи и структуры Вселенной.
