Возможно, мы наконец-то сможем проверить одну из самых дальних идей Стивена Хокинга

Возможно, вскоре мы сможем проверить одну из самых спорных теорий Стивена Хокинга – телескоп Джеймса Уэбба должен принести крайне необходимые данные.

В 1970-х годах Хокинг предположил, что темная материя – невидимое вещество, из которого состоит большая часть материи в космосе – может быть создана из черных дыр, образовавшихся в первые моменты Большого взрыва.

Теперь трое астрономов разработали теорию, объясняющую не только существование темной материи, но и появление самых больших черных дыр во Вселенной.

"Я лично считаю, почему эта идея чрезвычайно увлекательна, так это потому, как она элегантно объединяет две действительно сложные проблемы, над которыми я работаю — исследование природы темной материи и образование и рост черных дыр — и решает их одним махом", — сказал соавтор исследования Приямвада Натараджан, астрофизик из Йельского университета. Более того, несколько новых инструментов – в том числе недавно запущенный космический телескоп Джеймса Уэбба – могут получить данные, необходимые для окончательной оценки знаменитой идеи Хокинга.

Черные дыры с самого начала

Темная материя составляет более 80% всей материи во Вселенной, но она никак не взаимодействует со светом. Она просто плавает вокруг, и поскольку массивна, влияет на гравитацию внутри галактик.

Соблазнительно подумать, что черные дыры могут быть ответственны за эту неуловимую темную материю. В конце концов, чёрные дыры, как понятно, темные, потому заполнение галактики чёрными дырами может теоретически объяснить все наблюдения темной материи.

К сожалению, в современной Вселенной черные дыры образуются только после того, как погибают массивные звезды, а затем коллапсируют под тяжестью собственной гравитации (т.е. проваливаются в себя). Поэтому для создания черных дыр нужно много звезд, а для этого нужна куча нормальной материи. Ученые знают, сколько нормальной материи есть во Вселенной, исходя из расчетов ранней Вселенной, где образовались первые водород и гелий. И нормальной материи просто не хватает, чтобы создать всю темную материю, наблюдаемую астрономами.

Спящие гиганты

В 1971 году он предположил, что черные дыры образовались в хаотической среде первых моментов Большого взрыва. Там очаги материи могли спонтанно добиться плотности, необходимой для создания черных дыр, заполняя космос задолго до мерцания первых звезд. Гокинг предположил, что эти «первичные» чёрные дыры могут отвечать за темную материю. Хотя идея была интересна, большинство астрофизиков вместо этого сосредоточились на поиске новой субатомной частицы для объяснения темной материи.

Более того, модели образования первичных черных дыр сталкивались с проблемами, связанными с наблюдениями. Если в ранней Вселенной их образовалось слишком много, они изменили оставшуюся от ранней Вселенной картину окончательного излучения, известного как космический микроволновый фон (КМФ). Это означало, что теория работала только тогда, когда количество и размер древних черных дыр были достаточно ограничены, в противном случае она противоречила бы измерениям КМФ.

Идея была восстановлена ​​в 2015 году, когда Лазерная интерферометрическая гравитационно-волновая обсерватория нашла свою первую пару сталкивающихся черных дыр. Две черные дыры были гораздо больше, чем ожидалось, и один из способов объяснить их большую массу – это сказать, что они образовались в ранней Вселенной, а не в сердцах умирающих звезд.

Простое решение

В последнем исследовании Натараджан, Нико Каппеллути из Университета Майами и Гюнтер Хасингер из Европейского космического агентства глубоко погрузились в теорию первобытных черных дыр, исследуя, как они могут объяснить темную материю и, возможно, решить другие космологические проблемы.

Чтобы пройти текущие наблюдательные тесты, первоначальные черные дыры должны находиться в определенном диапазоне масс. В новой работе исследователи предположили, что первобытные черные дыры имели массу примерно в 1,4 раза больше массы Солнца. Они построили модель Вселенной, которая заменила всю темную материю этими светлыми черными дырами, а затем искали наблюдаемые подсказки, которые могли бы подтвердить (или исключить) модель.

Команда обнаружила, что первичные черные дыры могут играть важную роль во Вселенной, помогая в зарождении первых звезд, первых галактик и первых сверхмассивных черных дыр (SMBH). Наблюдения показывают, что звезды, галактики и SMBH появляются очень быстро в космологической истории, возможно слишком быстро, чтобы их объяснить процессами формирования и роста, которые мы наблюдаем в современной Вселенной.

«Первичные черные дыры, если они существуют, вполне могут быть семенами, из которых образуются все сверхмассивные черные дыры, включая находящуюся в центре Млечного Пути», — сказал Натараджан.

К тому же, теория проста и не требует зоопарка новых частиц для объяснения темной материи.

"Наше исследование показывает, что без введения новых частиц или новой физики мы можем разгадать тайны современной космологии от природы темной материи до происхождения сверхмассивных черных дыр", - сказал Каппеллути.

Пока эта идея является только моделью, но Вскоре ее можно будет протестовать. Космический телескоп Джеймса Уэбба, запущенный на Рождество после многих лет задержек, разработан специально для того, чтобы ответить на вопрос о происхождении звезд и галактик. И следующее поколение детекторов гравитационных волн, особенно Лазерная интерферометрическая космическая антенна (LISA), готова раскрыть гораздо больше информации о черных дырах, включая первоначальные, если они существуют.

Итого две обсерватории должны дать астрономам достаточно информации, чтобы собрать воедино историю первых звезд и, возможно, происхождение темной материи.

«Присутсвовало непреодолимое желание глубоко изучить эту идею, зная, что у нее потенциал быть подтвержденной довольно скоро», – сказал Натараджан.

По материалам Live Science.

на украинском языке