Мы о ней ничего не знаем. Она не светит, не отражает свет, не взаимодействует с обычным веществом так, чтобы мы могли ее пощупать. Но она есть. Без нее галактики разлетелись бы, как стая испуганных птиц. Это темная материя — главная загадка современной космологии.
Обычно ученые считают, что темная материя состоит из неизвестных субатомных частиц, которые пока не удалось обнаружить. Но британский физик, профессор Энрике Гастаньяга, предлагает другой вариант. А что если темная материя — это черные дыры, которые появились еще до Большого взрыва?
Звучит как научная фантастика. Но у этой идеи есть вполне конкретные расчеты.
Вселенная не начиналась с точки
Чтобы теория Гастаньяги работала, придется пересмотреть стандартное представление о рождении Вселенной. Традиционная картина гласит: все началось из сингулярности — точки с бесконечной плотностью, где законы физики просто перестают работать. Ученые не любят сингулярности, потому что их нельзя описать математически. Это красная лампочка, которая говорит: «здесь наша теория сломалась».
Гастаньяга предлагает вместо сингулярности модель отскока. По этому сценарию у Вселенной было прошлое. Другая вселенная сжималась, сжималась, достигла огромной (но не бесконечной!) плотности, а затем снова начала расширяться. Никакой сингулярности. Никакой поломанной физики.
Ключевой вопрос: могло ли что-то пережить этот момент чудовищного сжатия? Стандартная модель говорит: нет. Бурное расширение, которое следует за Большим взрывом, стирает все следы прошлого.
Но Гастаньяга находит лазейку.
Как пережить коллапс
В игру вступает принцип запрета Паули — фундаментальный квантовый закон, который гласит, что две одинаковые частицы не могут одновременно находиться в одном квантовом состоянии. На практике это означает, что материя сопротивляется сжатию, даже если ее не нагревать. Просто некуда дальше сжиматься.
Именно это сопротивление, по мнению Гастаньяги, не дает Вселенной схлопнуться в точку. Останавливает коллапс на конечной плотности. И позволяет некоторым объектам пережить «отскок» и оказаться в нашей Вселенной.
Каким объектам? Тем, которые больше 90 метров в поперечнике. Мелкие структуры разрушаются, а крупные выживают.
Как рождаются древние черные дыры
В модели отскока древние черные дыры могут появиться двумя способами.
Первый: плотные объекты из прошлой вселенной просто переживают момент, когда пространство перестает сжиматься и начинает расширяться. Они сохраняются как есть.
Второй: пока Вселенная сжимается, гравитация стягивает материю в плотные сгустки. А когда сжатие сменяется расширением, эти сгустки превращаются в черные дыры. Их первоначальная форма разрушается, но масса сохраняется.
Получается, что наша Вселенная с самого начала была «засеяна» черными дырами. Они невидимы, массивны и вездесущи. То есть обладают всеми свойствами темной материи.
«Джеймс Уэбб» уже нашел подтверждение?
Самое интересное в этой теории — она объясняет то, что уже удивило астрономов. Телескоп «Джеймс Уэбб» обнаружил галактики, которые сформировались всего через несколько сотен миллионов лет после Большого взрыва. Они слишком массивны и слишком ярки для такого юного возраста. Стандартная модель не может объяснить, как они успели так быстро вырасти.
Если же в ранней Вселенной уже были черные дыры — те самые, пережившие отскок, — то все становится на свои места. Гигантские объекты в центрах современных галактик могли вырасти именно из этих древних «семян». И темная материя, которая управляет движением галактик, тоже объясняется ими же.
Модель, которая отвечает на много вопросов
Теория отскока элегантна тем, что отвечает сразу на несколько космологических загадок:
- Она заменяет сингулярность (которую никто не любит) на квантовый переход между разными состояниями пространства-времени.
- Она естественным образом объясняет инфляцию — то самое стремительное расширение Вселенной на первых мгновениях.
- Она дает место темной энергии — загадочной силе, которая заставляет Вселенную расширяться с ускорением.
- Она предсказывает гравитационные волны из прошлой эпохи, которые, возможно, можно будет когда-нибудь обнаружить.
Что дальше?
Пока теория Гастаньяги остается гипотезой. Но у нее есть важное преимущество: ее можно проверять. Будущие наблюдения за ранней Вселенной, данные о гравитационных волнах и распределении темной материи либо подтвердят модель, либо заставят искать другие объяснения.
А пока мы можем только удивляться: а что, если темная материя — это не таинственные новые частицы, а самые обычные черные дыры? Только очень старые. Настолько старые, что они помнят вселенную, которая была до нашей.
Как вам идея, что Вселенная пережила «отскок» и темная материя — это окаменелости прошлого мира? Или вы больше верите в новые частицы? Делитесь мнениями в комментариях!
Читайте также: