Большой взрыв создал черные дыры размером с монету: где они скрываются

Авторы нового исследования, опубликованного в журнале Physical Review Letters, использовали квантовую физику, чтобы раскрыть секрет первичных крошечных черных дыр, созданный сразу после Большого взрыва. Одна из причин, по которой охота за этими черными дырами является актуальной, состоит в том, что их считают кандидатами на роль темной материи, пишет Space.

У Фокус. Технологии появился свой Telegram-канал. Подписывайтесь, чтобы не пропускать самые свежие и захватывающие новости из мира науки!

Первичные черные дыры

Ученые считают, что если созданные Большим взрывом первичные крошечные черные дыры существуют, то они имеют размер монеты, но в то же время массу астероида или планеты. Для сравнения черные дыры звездной массы превышают массу Солнца в 10 -100 раз, а сверхмассивные черные дыры – в миллионы и даже миллиарды раз. Как и два последних типа черных дыр их первичные маленькие аналоги также имеют горизонт событий. Он не позволяет черным дырам излучать или отражать свет. И ученые считают, что именно первичные черные дыры являются кандидатами на роль темной материи. Хотя эти объекты и крошечные, и их еще не наблюдали, все же они могут оказывать влияние на обычную материю.

Ученые для своего исследования использовали классическую теорию поля, специальную теорию относительности Эйнштейна и квантовая механику, чтобы применить их для условий ранней Вселенной. Последняя в этом списке объясняет поведение таких частиц, как электроны и кварки, и порождает так называемую квантовую теорию поля (КТП).

Применение КТП к самому началу космоса привело ученых к выводу, что во Вселенной гораздо меньше гипотетических первичных черных дыр, чем показывают многие модели. Если это так, это может вообще исключить первичные черные дыры из числа кандидатов на роль темной материи.

Ученые считают, что могут объяснить, почему первичные черные дыры до сих пор не увидели напрямую и почему их не так много, как предполагается.

Рождение Вселенной и первый свет

Сейчас считается, что Вселенная возникла 13,8 млрд лет назад в результате Большого взрыва. После того, как первые частицы появились во Вселенной во время этого первоначального расширения, пространство стало достаточно холодным, чтобы позволить электронам и протонам связываться и создать первые атомы. Именно тогда появился водород. До того, как произошло охлаждение космоса свет не мог путешествовать по Вселенной. Электроны постоянно рассеивали частицы света фотоны. Поэтому Вселенная в самом начале была непрозрачной. После появления атомов свет наконец-то смог свободно перемещаться по космосу, и Вселенная стала прозрачной для света. Этот первый свет все еще можно увидеть и он называется реликтовым излучением.

Из первичного водорода были созданы сначала первые звезды, затем галактики и скопления галактик. Некоторые галактики имели слишком большую массу и это можно объяснить наличием темной материи.

В то время как черные дыры звездной массы возникаю в результате смерти массивных звезд, а сверхмассивные черные дыры в результате слияния меньших черных дыр, первичные черные дыры, которые появились еще до звезд, имели уникальное происхождение.

Некоторые ученые считают, что они появились из комков горячей и плотной материи, которая сжалась под действием гравитации. Таким образом появились сверхплотные объекты, имеющие размер монеты, а может даже и протона, в зависимости от массы.

Новая теория

Авторы исследования ранее изучали модели первичных черных дыр, но они не согласовались с наблюдениями за реликтовым излучением. Чтобы исправить это, ученые внесли поправки в теорию образования первичных черных дыр с помощью КТП.

По словам ученых, в самом начале жизни Вселенной, когда начала стремительное расширение, через пока что невероятно маленький космос начали проходить волны света, имеющие большие амплитуды колебания, но короткую длину. Ученые выяснили, что эти волны могут усиливаться, становиться больше и иметь большую длину, что можно увидеть в реликтовом излучении. Авторы считают, что это усиление является результатом когерентности между ранними короткими волнами, которую можно объяснить с помощью КТП.

Если теория ученых о том, ранние мелкомасштабные колебания во Вселенной могут расти и влиять на крупномасштабные колебания реликтового излучения верна, то это должно было повлиять на рост структур в космосе. Измерение колебаний реликтового излучения может помочь ограничить размер первоначальных колебаний в ранней Вселенной. Это накладывает ограничения на явления, основанные на более коротких колебаниях, такие как первичные черные дыры. Ученые предполагают, что первичных черных дыр должно быть гораздо меньше, чем необходимо, если они действительно являются кандидатами на роль темной материи или являются причиной гравитационно-волновых событий.

Пока что первичные черные дыры являются лишь гипотетическими объектами. Ученые считают, что обнаружить первичные черные дыры можно с помощью измерений гравитационных волн, то есть пульсаций в пространстве-времени. Это поможет подтвердить или опровергнуть теорию ученых и может приблизить астрофизиков к подтверждению того, могут ли первичные черные дыры быть темной материей.

Фокус уже писал о том, что астрономы обнаружили несколько новых блуждающих по космосу планет, которых не удерживает гравитация звезд. Одна из гипотез гласит, что на этих мирах даже может существовать жизнь, хотя там экстремальные условия.