Темная материя во Вселенной состоит из первичных черных дыр?

В новой статье в журнале Physical Review Letters международная группа физиков-теоретиков описала сценарий образования первичных черных дыр из вакуумных пузырей в ранней Вселенной и обсудила его интригующую реализацию, которая может естественным образом объяснить всю темную материю.

Первичные черные дыры — это гипотетические компактные объекты, которые сформировались в ранней Вселенной до появления каких-либо галактик и звезд.

Они являются жизнеспособным кандидатом на роль темной материи, недостающей материи, которая, по мнению астрофизиков, составляет 85% Вселенной.

Эти компактные объекты, впервые предложенные несколько десятилетий назад, могут играть центральную роль в различных астрофизических явлениях, например, в качестве прародителей гравитационных волн и зародышей образования сверхмассивных черных дыр.

Они также могут играть роль в синтезе тяжелых элементов, когда они сталкиваются с нейтронными звездами и разрушают их, высвобождая богатый нейтронами материал.

В новой статье ученые описали «мультивселенный» сценарий формирования первичных черных дыр.

«Ранняя Вселенная была настолько плотной, что любая положительная флуктуация плотности более 50% создавала бы черную дыру”, — объяснили они.

Однако известно, что космологические возмущения, которые способствуют образованию галактик, намного меньше. Тем не менее, ряд процессов в ранней Вселенной мог создать правильные условия для образования черных дыр.

Одна захватывающая возможность заключается в том, что первичные черные дыры могут образоваться из «младенцев вселенных», созданных во время инфляции, периода быстрого расширения, который, как полагают, отвечает за «засеивание» структур, которые мы наблюдаем сегодня, таких как галактики и скопления галактик.

«Во время инфляции детские вселенные могут ответвляться от нашей Вселенной. Маленькая детская (или «дочерняя») Вселенная в конечном итоге схлопнется, но большое количество энергии, высвобождаемой в небольшом объеме, вызывает образование черной дыры».

Еще более своеобразная судьба ждет большую детскую вселенную. Если она больше некоторого критического размера, теория гравитации Эйнштейна позволяет младенческой вселенной существовать в состоянии, которое кажется отличным для наблюдателя изнутри и снаружи.

Внутренний наблюдатель видит в ней расширяющуюся Вселенную, а сторонний наблюдатель увидит в ней черную дыру.

«В любом случае, большая и маленькая младенческие вселенные рассматриваются нами как изначальные черные дыры, которые скрывают базовую структуру множества вселенных за их горизонтами событий».

Исследователи также показали, что первичные черные дыры могут быть обнаружены с помощью Hyper Suprime-Cam (HSC) 8,2-метрового телескопа Subaru.

«Мы демонстрируем с помощью численных исследований, что будущие наблюдения HSC, а также другие оптические исследования, смогут обеспечить окончательный тест для этого общего первичного механизма образования черных дыр, если он является доминирующим источником темной материи”, — сказали они.