Полвека назад физики начали обсуждать идею о существовании черных дыр, возникших вскоре после Большого взрыва. Сегодня эта гипотеза стала отправной точкой для более дерзкой мысли: а что если некоторые черные дыры появились еще до начала нашей Вселенной? Если такие объекты действительно есть, они могут стать доказательством существования предыдущей космической эпохи — и перевернуть современную космологию.
В 1970-х годах молодой аспирант под руководством Стивена Хокинга заинтересовался идеей о том, что крошечные черные дыры могли возникнуть из плотностных флуктуаций сразу после Большого взрыва. Несмотря на скепсис и попытки опровергнуть эту гипотезу, расчеты показали: такие объекты — так называемые первичные черные дыры — вполне могли появиться. Более того, некоторые из них могли пережить миллиарды лет и существовать до сих пор.
С течением времени интерес к этой гипотезе усилился. Помимо объяснения происхождения темной материи и загадочных сверхмассивных черных дыр, первичные черные дыры позволили Хокингу сделать одно из важнейших открытий ХХ века — предсказать излучение, исходящее от черных дыр, ныне известное как излучение Хокинга.
Однако в последние годы появилась идея, куда более провокационная: что если некоторые черные дыры родились еще до начала нашей Вселенной — и пережили сжатие и «отскок» прежнего космоса?
Большой взрыв — устоявшаяся точка отсчета истории Вселенной. Около 13,8 миллиарда лет назад вся материя и энергия возникли в одном моменте, за которым последовало стремительное расширение — инфляция. Но что случилось в самой начальной точке, до инфляции?
Уравнения общей теории относительности Эйнштейна не работают в точке сингулярности — где плотность становится бесконечной. Этот теоретический тупик подвиг многих космологов на поиск альтернатив. Один из возможных сценариев — не взрыв, а отскок: Вселенная не возникла из ничего, а «переродилась» после коллапса предыдущей. Такой сценарий называется циклической моделью: космос переживает череду расширений и сжатий. При определенных условиях это может объяснить и начало, и возможный конец существующего мира.
Вопрос, сохраняется ли что-то из прошлого цикла после сжатия и отскока, долгое время оставался открытым. Однако если во время сжатия формировались черные дыры — особенно если они не сливались — они могли пережить переход между циклами. Для этого достаточно, чтобы расстояния между ними в момент наивысшей плотности превышали их размеры. Тогда объекты не столкнулись бы и могли бы существовать в новой Вселенной.
Математические расчеты в 2015 году подтвердили: в модели с регулярной решеткой черных дыр, встроенной в Вселенную, проходящую через отскок, возможны решения уравнений Эйнштейна, при которых множество черных дыр сохраняется. Более того, если такие объекты действительно перешли из одного космического цикла в другой, они могли сыграть активную роль в формировании структуры современной Вселенной. Черные дыры из «прошлого мира» могли бы стать зародышами галактик, объяснить загадочную темную материю и даже спровоцировать сам отскок.
В отличие от традиционной модели с инфляцией, в этих сценариях нет необходимости предполагать, что все первичные черные дыры появились после инфляции. Они могли существовать и до нее, и инфляции вовсе могло не быть.
В 2018 году астрофизики Карло Ровелли и Франческа Видотто предложили, что вся темная материя может состоять из реликтовых черных дыр, переживших отскок. Если так, то только небольшая часть пространства при отскоке не была внутри этих объектов. Но наблюдатели в такой Вселенной все равно увидели бы ее как однородную — так, как мы видим ее сейчас.
Самая экзотическая идея — что при отскоке все черные дыры сливаются, создавая иерархию все более массивных объектов, пока весь космос не превращается в одну гигантскую черную дыру. Возможно, так закончится и наш цикл — если Вселенная снова начнет сжиматься.
Чтобы оценить вероятность этих сценариев, в 2023 году две независимые команды ученых — из Аргентины и Канады — изучили поведение одиночной черной дыры во время космического отскока (модели). Их выводы совпали: дыра способна пережить этот процесс, хотя и уменьшится в размерах. Это открытие может указывать на то, что слияние всех черных дыр не обязательно. Возможно, некоторые объекты сохраняются от цикла к циклу.
Как тогда отличить «до-вселенские» черные дыры от тех, что возникли после Большого взрыва? Ответ может дать распределение массы сверхмассивных черных дыр. Эти гиганты — с массой от миллиона до десяти миллиардов солнечных — уже существовали на ранних этапах эволюции Вселенной. Непонятно, как они так быстро выросли. Одна из гипотез — они появились из семян в виде первичных черных дыр.
Группа китайских ученых под руководством И-Фу Цая смоделировала плотностные флуктуации в двух сценариях: с инфляцией и с отскоком. Согласно их расчетам, в модели с отскоком число сверхмассивных черных дыр с увеличением массы должно снижаться быстрее. Пока наблюдательных данных недостаточно, чтобы подтвердить или опровергнуть это. Но телескоп Джеймса Уэбба может изменить ситуацию.
Если в будущем мы сможем доказать существование черных дыр из предыдущей Вселенной, это станет прорывом не только в астрофизике. Это откроет новую страницу в понимании времени, материи и пространства. Даже если эти идеи окажутся ошибочными, они уже вдохновили на важные открытия. Именно размышления о первичных черных дырах привели Стивена Хокинга к предсказанию их излучения и формулировке парадокса информации.
Post Scriptum
Несмотря на захватывающий сюжет, гипотеза о черных дырах из предыдущей Вселенной остается на границе научной допустимости. Теоретические расчеты и математические модели — еще не подтверждение. Нет прямых наблюдательных данных, указывающих на такие объекты. Даже существование первичных черных дыр в нашей Вселенной пока не доказано. Кроме того, альтернативные объяснения темной материи и сверхмассивных черных дыр в рамках стандартной космологии пока более устойчивы. Поэтому относиться к этим идеям стоит с осторожностью. Они красивы, вдохновляют, но пока не доказаны.
-----
Если понравился материал и вы считаете его познавательным и стоящим вашего внимания, вы можете поддержать автора «трудовым рублем» (5336 6902 0053 5906), либо через Дзен по ссылке.
