Чорні діри можуть містити інші всесвіти?

Астрономи, спостерігаючи за сотнями мільйонами зірок галактики Андромеди, знайшли кандидата на первісну чорну діру. Це чорні діри які, за певним сценарієм, могли бути утворені з інших всесвітів і містять їх в собі, а також з них може складатися темна матерія.

Про це розповідається в прес-релізі Фізико-математичного інституту імені Кавлі (Японія), де, крім іншого, вивчають чорні діри, які могли утворитися в ранньому Всесвіті до народження зірок і галактик.

Такі первісні чорні діри (ПЧД) можуть складати всю або частину темної матерії, бути відповідальними за деякі спостережувані сигнали гравітаційних хвиль і зароджувати надмасивні чорні діри, знайдені в центрі нашої галактики та інших галактик. Вони також можуть відігравати роль у синтезі важких елементів, коли вони стикаються з нейтронними зірками і руйнують їх, виділяючи багатий нейтронами матеріал. Зокрема, є захоплююча ймовірність того, що таємнича темна матерія, на яку припадає більша частина матерії у Всесвіті, складається з первісних чорних дір. Нобелівську премію з фізики 2020 року отримав теоретик Роджер Пенроуз та двоє астрономів Рейнхард Генцель та Андреа Гез за відкриття, що підтвердили існування чорних дір. Оскільки відомо, що в природі існують чорні діри, вони є дуже привабливим кандидатом на темну матерію.

Недавно прогресу у фундаментальній теорії, астрофізиці та астрономічних спостереженнях у пошуках ПЧД досягнула міжнародна група фізиків елементарних частинок, космологів та астрономів, включаючи членів Інституту Кавлі Олександра Кусенка, Місао Сасакі, Сунао Сугіяму, Масахіро Такаду та Володимира Тахістова.

Щоб дізнатись більше про первісні чорні діри, дослідницька група вивчила ранній Всесвіт на наявність підказок. Ранній Всесвіт був настільки щільним, що будь-яке позитивне коливання щільності на понад 50 відсотків створило б чорну діру. Однак, як відомо, космологічні збурення, які засіяли галактики, набагато менші. Тим не менше, низка процесів у ранньому Всесвіті могла створити належні умови для утворення чорних дір.

Одна захоплююча можливість полягає в тому, що первісні чорні діри можуть утворюватися зі «всесвітів-малюків», створених під час інфляції -- періоду швидкого розширення, який, як вважають, відповідальний за засівання таких спостережуваних нами сьогодні структур, як галактики та скупчення галактик. Під час інфляції всесвіти-малюки можуть відгалужуватися від нашого Всесвіту. Всесвіт-маленька дитина (або «дочка») врешті-решт колапсує, але велика кількість енергії, що виділяється в малому обсязі, призводить до утворення чорної діри.

Новини за подібною темою:

		У ранньому Всесвіті знайдено чорну діру, що поглинає матерію набагато швидше, ніж теоретично можливо
		Чорна діра знищує зорю та вже взялася за іншу
		Коливання Марса може бути ознакою темної матерії, говориться в дослідженні

На всесвіт-більшу дитину очікує ще своєрідніша доля. Якщо він більший за деякий критичний розмір, теорія гравітації Ейнштейна дозволяє всесвіту-малюку існувати у стані, який буде відрізнятися для спостерігача як зсередини, так і ззовні. Внутрішній спостерігач розглядатиме його як всесвіт, що розширюється, тоді як зовнішній спостерігач (такий як ми) розглядатиме його як чорну діру. У будь-якому випадку, і маленькі і великі всесвіти-діти розглядаються вченими як первісні чорні діри, які приховують в собі структуру безлічі всесвітів за своїми "горизонтами подій". Гризонт подій - це межа, за якою все, навіть світло, потрапляє в пастку і не може врятуватися від чорної діри.

У своїй роботі команда описала новий сценарій формування ПЧД і показала, що чорні діри у "мультивсесвітньому" сценарії можна знайти за допомогою гігантської цифрової камери Hyper Suprime-Cam (HSC) - управління якою Інститутом Кавлі зіграло вирішальну роль, -- встановленої на 8,2-метровому телескопі Subaru біля 4200-метрової вершини гори Мауна-Кеа на Гаваях. Їхня робота є захоплюючим продовженням пошуку первісних чорних дір на HSC, який проводить головний дослідник Інституту Кавлі Масахіро Такада та його команда. Нещодавно команда HSC повідомила про найвищі обмеження щодо існування ПЧД в журналі Nature Astronomy.

Чому HSC був незамінним у цьому дослідженні? HSC має унікальну можливість знімати всю галактику Андромеди кожні кілька хвилин. Якщо чорна діра проходить через лінію видимості до однієї із зірки, гравітація чорної діри на короткий час вигинає промені світла і робить зірку яскравішою, ніж раніше. Тривалість осяяння зірки каже астрономам про масу чорної діри. За допомогою спостережень HSC можна одночасно спостерігати за ста мільйонами зірок, поставивши широкі тенета на первісні чорні діри, які можуть перетнути одну з ліній видимості.

Перші спостереження HSC вже повідомили про дуже інтригуючу подію-кандидата, що відповідає ПЧД з “мультивсесвітом”, з масою чорної діри, порівняною з масою Місяця. Підбадьорена цією першою ознакою та керуючись новим теоретичним розумінням, команда проводить новий раунд спостережень, щоб розширити пошук та забезпечити остаточну перевірку на те, чи можуть ПЧД з "мультивсесвітнім" сценарієм складати всю темну матерію.

Читайте ще цікаві новини про космос.

• Чорні діри
• Темна матерія
• Мультивсесвіт