Астрономы описали следы первобытных чёрных дыр, которые могут существовать и по сей день
Стандартная история ранней Вселенной выглядит следующим образом. Когда наш космос был очень молодым, он пережил период невероятно быстрого расширения — инфляцию. Затем инфляция закончилась и Вселенная наполнилась частицами и излучением — произошёл горячий Большой взрыв. Затем Вселенная расширялась и остывала, по мере чего плотность материи и излучения уменьшалась. В конце концов материя собралась в звёзды, галактики и скопления.
Но новое исследование показывает, что в этой простой истории может не хватать ключевого ингредиента: первобытных чёрных дыр. В настоящее время мы знаем только один гарантированный способ создания чёрных дыр — это гибель массивных звёзд. Когда в конце своей жизни они разрушаются, оставшаяся после них материя достигает достаточно высокой плотности, чтобы преодолеть все силы отталкивания и сколлапсировать чёрную дыру.
Но ранняя Вселенная могла быть достаточно экзотичной, чтобы чёрные дыры появлялись там как-то по-другому. Когда инфляция закончилась и Вселенная начала остывать, этот процесс не был плавным. Он шёл невероятно бурно, с перемещениями огромных количеств энергии и массы из одного места в другое. Возможно, что отдельные участки Вселенной спонтанно достигли достаточно высокой плотности, чтобы чёрные дыры появлялись там сами по себе, без предварительного формирования звёзд. Астрономы называют такие объекты первобытными чёрными дырами.
Космологические наблюдения уже установили жёсткие ограничения на количество первобытных чёрных дыр, которые могли населять раннюю Вселенную. Но варианты их существования всё ещё остаются. Группа исследователей подготовила работу, в которой рассматривается неожиданное следствие образования этих первобытных чёрных дыр.
Из работ Стивена Хокинга мы знаем, что чёрные дыры не совсем чёрные. На самом деле они немного светятся благодаря экзотическому квантовому процессу, известному как излучение Хокинга. Для чёрных дыр нормального размера это очень неэффективный процесс. Типичная чёрная дыра испускает всего одну частицу излучения примерно раз в год. Но чёрные дыры меньшего размера испускают гораздо больше излучения.
Если бы первобытные чёрные дыры были достаточно малы, то они бы полностью испарились, пока Вселенная находилась на стадии зарождения, не оставив после себя никаких следов своего существования. Но исследователи обнаружили, что это приводит к любопытной ситуации. Когда эти первобытные чёрные дыры испарялись, они высвобождали характерные потоки излучения и материи.
В конце концов, все первобытные чёрные дыры исчезли, и космологическая история продолжалась уже без них. Но они должны были оставить свой след. Изменения в плотности материи и излучения потенциально могут иметь долговременные последствия, которые мы могли бы обнаружить даже в наши дни. А испарение первобытных чёрных дыр само по себе вызывает образование гравитационных волн, которые могут сохраняться и по сей день.
Возможно, мы никогда не найдём прямых доказательств существования первобытных чёрных дыр, но исследователи установили, что теоретически мы можем обнаружить их едва уловимые отпечатки по всей Вселенной.
