Черные дыры могут содержать другие вселенные?

Астрономы, наблюдая за сотнями миллионами звезд галактики Андромеды, нашли кандидата на первичную черную дыру. Это черные дыры которые, по определенному сценарию, могли быть образованы из других вселенных и содержат их в себе, а также из них может состоять темная материя.

Об этом говорится в пресс-релизе Физико-математического института имени Кавли (Япония), где, помимо прочего, изучают черные дыры, которые могли образоваться в ранней Вселенной до рождения звезд и галактик.

Такие первичные черные дыры (ПЧД) могут составлять всю или часть темной материи, быть ответственными за некоторые наблюдаемые сигналы гравитационных волн и зарождать сверхмассивные черные дыры, найденные в центре нашей галактики и других галактик. Они также могут играть роль в синтезе тяжелых элементов, когда они сталкиваются с нейтронными звездами и разрушают их, выделяя богатый нейтронами материал. В частности, есть захватывающая вероятность того, что таинственная темная материя, на которую приходится большая часть материи во Вселенной, состоит из первичных черных дыр. Нобелевскую премию по физике 2020 года получил теоретик Роджер Пенроуз и двое астрономов Рейнхард Генцель и Андреа Гез за открытия, которые подтвердили существование черных дыр. Поскольку известно, что в природе существуют черные дыры, они являются очень привлекательным кандидатом на темную материю.

Недавно прогресса в фундаментальной теории, астрофизике и астрономических наблюдениях в поисках ПЧД достигла международная группа физиков элементарных частиц, космологов и астрономов, включая членов Института Кавли Александра Кусенко, Мисао Сасаки, Сунао Сугияму, Масахиро Такада и Владимира Тахистова.

Чтобы узнать больше о первичных черных дырах, исследовательская группа изучила раннюю Вселенную на наличие подсказок. Ранняя Вселенная был настолько плотной, что любое положительное колебание плотности более чем на 50 процентов создало бы черную дыру. Однако, как известно, космологические возмущения, которые засеяли галактики, гораздо меньшие. Тем не менее, ряд процессов в ранней Вселенной могли создать надлежащие условия для образования черных дыр.

Одна интересная возможность заключается в том, что первичные черные дыры могут образовываться из «вселенных-детей», созданных во время инфляции -- периода быстрого расширения, который, как считают, ответственен за засевание таких наблюдаемых нами сегодня структур, как галактики и скопления галактик. Во время инфляции вселенные-малыши могут ответвляться от нашей Вселенной. Вселенная-маленький ребенок (или «дочь») в конце концов коллапсирует, но большое количество энергии, выделяющееся в малом объеме, приводит к образованию черной дыры.

На вселенную-большого ребенка ожидает еще более своеобразных судьба. Если она больше некоторого критического размера, теория гравитации Эйнштейна позволяет вселенной-малышу существовать в состоянии, которое будет отличаться для наблюдателя как изнутри, так и извне. Внутренний наблюдатель будет рассматривать ее как вселенную, которая расширяется, тогда как внешний наблюдатель (такой как мы) рассматривать ее как черную дыру. В любом случае, и маленькие и большие вселенные-дети рассматриваются учеными как первичные черные дыры, которые скрывают в себе структуру множества вселенных под своими "горизонтами событий". Гризонт событий -- это предел, за которым все, даже свет, попадает в ловушку и не может спастись от черной дыры.

В своей работе команда описала новый сценарий формирования ПЧД и показала, что черные дыры в "мультивселенном" сценарии можно найти с помощью гигантской цифровой камеры Hyper Suprime-Cam (HSC) - управление которой Институтом Кавли сыграло решающую роль, - установленной на 8,2 -метровом телескопе Subaru у 4200-метровой вершины горы Мауна-Кеа на Гавайях. Их работа является захватывающим продолжением поиска первичных черных дыр на HSC, который проводит главный исследователь Института Кавли Масахиро Такада и его команда. Недавно команда HSC сообщила о высших ограничениях относительно существования ПЧД в журнале Nature Astronomy.

Почему HSC был незаменимым в этом исследовании? HSC имеет уникальную возможность снимать всю галактику Андромеды каждые несколько минут. Если черная дыра проходит через линию видимости к одной из звезды, гравитация черной дыры на короткое время выгибает лучи света и делает звезду ярче, чем раньше. Продолжительность озарения звезды говорит астрономам о массе черной дыры. С помощью наблюдений HSC можно одновременно наблюдать за ста миллионами звезд, поставив широкие сети на первоначальные черные дыры, которые могут пересечь одну из линий видимости.

Первые наблюдения HSC уже сообщили об очень интригующем событии-кандидате, отвечающего ПЧД с "мультивселенной", с массой черной дыры, сравнимой с массой Луны. Ободренная этой первым признаком и руководствуясь новым теоретическим пониманием, команда проводит новый раунд наблюдений, чтобы расширить поиск и обеспечить окончательную проверку на то, могут ли ПЧД с "мультивселенным" сценарием составлять всю темную материю.

Читайте еще интересные новости о космосе.