Образовались ли черные дыры сразу после Большого взрыва?
Как образовались сверхмассивные черные дыры? Что такое темная материя? В альтернативной модели того, как возникла Вселенная, по сравнению с «официальной» историей Вселенной, группа астрономов предлагает, чтобы обе эти космические загадки можно было объяснить так называемыми «первичными черными дырами».
Нико Каппеллути (Университет Майами), Гюнтер Хасингер (научный директор ЕКА) и Приямвада Натараджан (Йельский университет) предполагают, что черные дыры существовали с самого начала Вселенной и что эти первичные черные дыры сами могли быть пока еще необъяснимой темной материей. Новое исследование принято к публикации в Астрофизическом журнале.
«Черные дыры разных размеров до сих пор остаются загадкой. Мы не понимаем, как сверхмассивные черные дыры могли стать такими огромными за относительно короткий промежуток времени, доступный с момента существования Вселенной», — объясняет Гюнтер Хасингер.
На другом конце шкалы могут быть и очень маленькие черные дыры, о чем свидетельствуют, например, наблюдения телескопа Gaia. Если они существуют, то слишком малы, чтобы образоваться из умирающих звезд.
«Наше исследование показывает, что без введения новых частиц или новой физики мы можем разгадать загадки современной космологии, от природы самой темной материи до происхождения сверхмассивных черных дыр», — говорят исследователи.
Если бы большинство черных дыр образовалось сразу после Большого взрыва, они могли бы начать сливаться в ранней Вселенной, образуя со временем все более и более массивные черные дыры. Будущая гравитационно-волновая космическая обсерватория LISA, может уловить сигналы этих слияний, если первичные черные дыры существуют. Маленькие черные дыры могут быть просто первичными черными дырами, которые еще не слились в более крупные.
Согласно этой модели, Вселенная была полностью заполнена черными дырами. Звезды начали формироваться вокруг этих скоплений «темной материи», создавая солнечные системы и галактики за миллиарды лет. Если бы первые звезды действительно образовались вокруг первичных черных дыр, они бы существовали во Вселенной раньше, чем ожидается по «стандартной» модели.
«Изначальные черные дыры, если они действительно существуют, вполне могут быть семенами, из которых образуются все черные дыры, включая дыру в центре Млечного Пути», — говорит Приямвада Натараджан.
Будущая Миссия ЕКА «Евклид», запуск которой намечен на 2023 год, исследует темную Вселенную более подробно, чем когда-либо прежде, и может сыграть роль в поисках кандидатов на темную материю в первичных черных дырах.
Космический телескоп Джеймс Уэбб, «космическая машина времени», заглянет в прошлое более чем на 13 миллиардов лет, еще больше прольет свет на эту загадку.
«Если первые звезды и галактики уже сформировались в так называемые «темные века», телескоп Джеймс Уэбб должен быть в состоянии увидеть свидетельства их существования», — добавляет Гюнтер.
Исследование принято к публикации в Astrophysical Journal. arXiv:2109.08701