Пока Вера Рубин совершала революцию в космологии, доказывая существование тёмной материи, Стивен Хокинг задавался другим вопросом: откуда появились чёрные дыры и какова их настоящая сущность?
Своими исследованиями Хокинг установил: черные дыры вовсе не абсолютно черные. Скорее наоборот, они слегка... неопределенного цвета. Из-за сложных взаимодействий горизонта событий и окружающих квантовых полей (давайте назовем это волшебством) черные дыры постепенно теряют энергию, испуская небольшую дозу излучения.
Для примера возьмем обычную черную дыру солнечной массы: она теряет всего один фотон в год. Конечно, звучит несерьезно, но именно эта деталь оказывается ключевой!
А теперь перейдем к самому главному: какое отношение все это имеет к темной материи?
Из наших сегодняшних знаний ясно одно: темная материя действительно существует и представляет собой вполне реальную субстанцию. Это не какая-нибудь таинственная сила или отклонение законов гравитации. Самый очевидный путь объяснить наличие темной материи — предположить, что она просто существует.
Подобно обычному веществу, оно тоже не особо ярко светится. Достаточно вспомнить нашу собственную Солнечную систему: планеты, астероиды и космическая пыль едва заметны. Точно такая же ситуация складывается и с черными дырами: пусть они немного излучают, но все равно остаются практически невидимы.
Что же мешает объявить черные дыры источником темной материи? Все бы хорошо, но вот загвоздка: во Вселенной просто невозможно образовать столько черных дыр, сколько нужно.
Есть лишь один проверенный способ появления черных дыр — смерть крупных звезд. Представьте себе огромный огненный шар, проживший миллиарды лет и внезапно начавший коллапсировать и сжиматься. Тогда, словно по мановению волшебной палочки, звезда становится сверхновой, оставляя после себя ядро, которое стремительно сжимается, превращаясь в черную дыру.
Таким образом, чтобы возникли черные дыры, необходимы звезды, а для возникновения звезд — соответствующие материалы. Однако проблема заключается в следующем: в нашей Вселенной материалов недостаточно.
Чтобы убедиться в этом, обратимся к другому важному научному факту, называемому нуклеосинтезом Большого взрыва. Согласно этому процессу, в первые минуты своего существования Вселенная была настолько горячей и плотной, что могли протекать реакции ядерного синтеза. Протоны и нейтроны соединялись, создавая дейтерий, гелий и немного лития. Затем расширение Вселенной охладило этот процесс, навсегда определив общий объем вещества, доступного для дальнейшего развития мира.
Самое интересное здесь то, что теория позволяет довольно точно рассчитать состав Вселенной: приблизительно 75% составляет водород, 25% — гелий (остальное — незначительная погрешность). Именно такое распределение элементов мы и наблюдаем вокруг нас!
Согласно расчетам нуклеосинтеза, обычная материя, состоящая из протонов и нейтронов, составляет не более 4–5% от общей массы Вселенной. Эта цифра окончательно ставит крест на идее о том, что черные дыры могут служить основой темной материи. Ведь для формирования достаточного числа черных дыр нужно было бы иметь гораздо большее количество звезд, а значит, и гораздо больше обычного вещества. Наши измерения показывают: такого объема элементарных частиц попросту нет.
Следовательно, вывод прост: черные дыры не являются темной материей.
Впрочем, здесь есть одна оговорка: если вы согласны мыслить категориями Стивена Хокинга середины XX века. Потому что ныне покойный ученый считал иначе...
Однако давайте вернемся к нашим баранам. Хокингу не пришлось ломать голову над проблемой темной материи. Его занимало другое: как доказать собственное открытие о способности черных дыр испускать излучение.
Расчеты ученого показывали любопытную вещь: чем меньше масса черной дыры, тем интенсивнее она излучает. Самые мелкие объекты буквально взрываются, выбрасывая огромные порции энергии подобно миниатюрным сверхновым.
Правда, тут снова вмешивается реальность: известные науке процессы формирования чёрных дыр требуют наличия крупных звезд, ядра которых достигают критической плотности, достаточной для старта цепной реакции. То есть наименьшие черные дыры все равно будут значительно превышать массу нашего Солнца.
Ну и вишенка на торте: полное исчезновение мелких черных дыр займет примерно 10¹⁰⁰ лет. Да-да, вы правильно поняли: астрономам придется ждать гораздо дольше, чем сама Вселенная существует на сегодняшний день.
Подведем итог: черные дыры — это не темная материя. Хотя… возможно, где-то там, среди бесконечных просторов пространства, скрывается иной механизм их происхождения.