Черные дыры и темная материя – одно и то же?

Изначальные черные дыры, созданные в первые мгновения после Большого взрыва – крошечные меньше, чем острие булавки, и сверхмассивные, покрывающие миллиарды миль – могут составлять всю темную материю во Вселенной.

Это подразумевает новую модель ранней Вселенной, созданную астрофизиками из Йельского университета, Университета Майами и Европейского космического агентства (ESA).

Если это открытие подтвердится данными космического телескопа Джеймса Уэбба, который скоро будет запущен, это открытие изменит представление ученых о происхождении и природе как темной материи, так и черных дыр.

Считается, что темная материя, которая никогда не наблюдалась напрямую, составляет большую часть материи во Вселенной и действует как невидимый каркас, на котором формируются и развиваются галактики.

Физики потратили годы на тестирование множества кандидатов в темную материю, включая гипотетические частицы, такие как стерильные нейтрино, слабо взаимодействующие массивные частицы (WIMPS) и аксионы.

С другой стороны, черные дыры наблюдались. Черная дыра – это точка в космосе, где материя настолько плотно спрессована, что создает сильную гравитацию.

Даже свет не может устоять перед его притяжением. Черные дыры находятся в центрах большинства галактик.

Новое исследование, принятое к публикации в The Astrophysical Journal, восходит к теории, впервые предложенной в 1970-х годах физиками Стивеном Хокингом и Бернардом Карром.

В то время Хокинг и Карр утверждали, что в первую долю секунды после Большого взрыва крошечные колебания плотности Вселенной могли создать волнистый ландшафт с «бугристыми» участками, имеющими дополнительную массу.

Эти неровные участки превратятся в черные дыры.

Хотя теория не получила поддержки в более широком научном сообществе, новое исследование предполагает, что, если ее немного изменить, она все же может иметь объяснительную силу.

«Если бы большинство первичных черных дыр« родились »с размером примерно в 1,4 раза больше массы Солнца, они потенциально могли бы составлять всю темную материю», – сказал профессор астрономии и физики Йельского университета Приямвада Натараджан, теоретик газеты.

Натараджан и ее коллеги говорят, что их новая модель показывает, что первые звезды и галактики могли образоваться вокруг черных дыр в ранней Вселенной.

Кроме того, по ее словам, первичные черные дыры могли бы вырасти в сверхмассивные черные дыры, питаясь газом и звездами в их окрестностях или сливаясь с другими черными дырами.

«Изначальные черные дыры, если они действительно существуют, вполне могут быть семенами, из которых образуются все сверхмассивные черные дыры, включая дыру в центре Млечного Пути», – сказал Натараджан.

«Что лично меня очень захватывает в этой идее, так это то, как она элегантно объединяет две действительно сложные проблемы, над которыми я работаю, – задачу исследования природы темной материи и образования и роста черных дыр – и решает их одним махом, ” она добавила.

Задача телескопа Джеймса Уэбба – найти первые галактики, образовавшиеся в ранней Вселенной, и увидеть звезды, образующие планетные системы.

Первым автором нового исследования является Нико Каппеллути, бывший научный сотрудник Йельского центра астрономии и астрофизики, получивший докторскую степень, а сейчас является доцентом физики в Университете Майами. Гюнтер Хасингер, научный руководитель ЕКА, является вторым автором исследования.

«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», – сказал Каппеллути.

Первичные черные дыры также могут решить другую космологическую загадку: избыток инфракрасного излучения, синхронизированного с рентгеновским излучением, которое было обнаружено от далеких, тусклых источников, разбросанных по Вселенной.

Натараджан и ее коллеги заявили, что растущие первичные черные дыры будут иметь «точно» такую ​​же радиационную сигнатуру.

Лучше всего то, что существование первичных черных дыр может быть доказано – или опровергнуто – в ближайшем будущем благодаря космическому телескопу Джеймса Уэбба и миссии космической антенны с лазерным интерферометром (LISA) Европейского космического агентства, объявленной на 2030-е годы.

Если темная материя состоит из первичных черных дыр, вокруг них в ранней Вселенной образовалось бы больше звезд и галактик – именно в ту эпоху, которую телескоп Джеймса Уэбба сможет увидеть.

Между тем, LISA сможет улавливать сигналы гравитационных волн от ранних слияний первичных черных дыр.

«Если первые звезды и галактики уже сформировались в так называемые« темные века », Уэбб должен быть в состоянии увидеть свидетельства их существования», – сказал Хасингер.

Натараджан добавила: «Было непреодолимо глубоко изучить эту идею, зная, что у нее есть потенциал, чтобы вскоре ее подтвердить».

Автор Джим Шелтон.