Первичные черные дыры (PBH) — одна из актуальных тем в астрономии и космологии на сегодняшний день. Считается, что эти гипотетические черные дыры образовались вскоре после Большого взрыва в результате скопления субатомной материи — настолько плотной, что они подверглись гравитационному коллапсу.
В настоящее время PBH считаются кандидатами на роль темной материи, а также возможным источником первичных гравитационных волн. Однако до сих пор не было обнаружено ни одного конкретного кандидата на роль первичных черных дыр. Впрочем, недавние исследования показали, что в недрах нейтронных звезд главной последовательности и звезд-карликов, которые медленно расходуют свой запас газа, могут быть небольшие PBH.
Группа физиков расширила эту теорию, добавив к ней новый способ обнаружения PBH. По их мнению, черные дыры можно искать внутри таких объектов, как планеты и астероиды, или использовать большие пластины для обнаружения их следов. Ученые обнаружили микроканалы, которые оставляют эти тела, что наконец-то подтвердило существование черных дыр и пролить свет на некоторые из загадок современной космологии. Статья Де-Чанга Дая, физика из Национального университета Донг Хва на Тайване и Деяна Стойковича, физика из группы физики высоких энергий и космологии при Университете штата Нью-Йорк в Буффало, готовится к публикации в журнале Physics of the Dark Universe.
Согласно революционному открытию Стивена Хокинга в 1974 году, черные дыры могут со временем испаряться — то есть терять массу и исчезать. Для испарения больших и средних черных дыр потребовалось бы больше времени, чем возраст Вселенной (около 13,8 млрд лет), но малые черные дыры могли уже испариться или находиться в процессе испарения.
Де-Чанг и Стойкович полагают, что если астероид, или луна, или небольшая планета имеют жидкое ядро, окруженное твердой корой, то небольшая PBH поглотит плотное жидкое ядро относительно быстро — в течение недель или месяцев. Земная кора останется нетронутой, если материал достаточно прочен, чтобы выдерживать гравитационное воздействие.
«Таким образом, в итоге мы получим полую структуру. Если центральная черная дыра будет выброшена из-за столкновений с другими объектами, ее плотность будет ниже, чем обычная плотность каменистого объекта с жидким ядром», — говорят ученые.
Они также рассчитали гравитационное напряжение, которое могут создавать небольшие PBH. Затем они сравнили напряжение с прочностью на сжатие материалов, из которых состоит кора планеты — например, гранита или железа. Оказалось, что гранит может поддерживать полые объекты радиусом до 1/10 радиуса Земли.
Поэтому доказательства существования PBH можно искать на планетоидах, спутниках или астероидах, и даже на Земле. Астрономы могли бы идентифицировать потенциально полые объекты для последующих исследований с помощью зондов, посадочных модулей и других роботизированных космических аппаратов. Физики рекомендуют создать датчики для поиска PBH.
«Если крошечная PBH проходит через какой-либо твердый материал, она оставляет прямой длинный туннель с радиусом, сопоставимым с радиусом PBH. Например, PBH массой 1023 г должна оставлять туннель с радиусом 0,1 микрона. На самом деле, такая PBH может даже пройти через человеческое тело, и мы этого даже не заметим, потому что у тканей человеческого тела очень низкое напряжение», — заметил Стойкович.
Можно искать микротуннели и в обычных материалах — например, в стекле или камнях. Для этой цели можно использовать большие пластины из полированного металла. Пластины нужно изолировать, чтобы зафиксировать любое внезапное изменение их свойств. Также предполагается, что первичные черные дыры могут излучать гамма-лучи.
«Ожидаемый поток таких сверхмассивных черных дыр очень мал, и мы можем ничего не найти, но возможная выгода от их обнаружения будет огромной — особенно с учетом того, что такие эксперименты очень дешевые», — добавил Стойкович.
Экзотические черные дыры могут быть побочным продуктом темной материи
Космическая симфония: как маленькие черные дыры помогут услышать сверхмассивные
Наблюдательное исследование бросает вызов Большому взрыву и вспоминает столетнюю теорию