Темная материя могла быть сделана из черных дыр с самого начала существования времени

Анализ ряби в пространстве-времени позволяет предположить, что таинственная субстанция состоит из первобытных черных дыр.

Об этом пишет издание "Live Science".

Темная материя, таинственная субстанция, которая осуществляет гравитационное притяжение, но не излучает света, может действительно состоять из огромных концентраций древних черных дыр, созданных в самом начале Вселенной, согласно новому исследованию.

Этот вывод следует из анализа гравитационных волн или ряби в пространстве-времени, вызванных двумя далекими столкновениями между черными дырами и нейтронными звездами.

Ряби — обозначенные как GW190425 и GW190814 — были обнаружены в 2019 году Лазерной интерферометрической гравитационно-волновой обсерваторией (LIGO) в Вашингтоне и Луизиане, а также Интерферометром Virgo вблизи Пизы в Италии. По предварительному анализу предполагается, что ряби возникли в результате столкновений между черными дырами, которые в 1,7 и 2,6 раза превышают массу нашего Солнца, и или меньшей нейтронной звездой, либо значительно большей черной дырой.

Но в результате возник бы объект в каждом столкновении, который астрофизики называют черной дырой солнечной массы с массой, примерно как у Солнца.

"Черные дыры солнечной массы достаточно загадочны, поскольку они не ожидаются от обычной астрофизики, например, от взрывов звезд или сверхновых, которые сдавливают большие звезды в черные дыры", - рассказал изданию Live Science ведущий автор исследования Владимир Тахистов из Калифорнийского университета, Лос-Анджелес.

Вместо этого в исследовании, опубликованном 16 февраля в журнале Physical Review Letters, авторы предполагают, что эти черные дыры солнечной массы могут быть "первобытными" черными дырами, созданными во время Большого взрыва. Или же они могли образоваться позже, когда нейтронные звезды трансмутировались в черные дыры — или после поглощения первобытных черных дыр, или после поглощения определенных предложенных типов темной материи — загадочной материи, которая осуществляет гравитационное притяжение и не взаимодействует со светом, сказал Тахистов.

Первобытные черные дыры

Первобытные черные дыры, если они существуют, были созданы в огромном количестве в первой секунде Большого Взрыва примерно 13,77 миллиардов лет назад. Они появились во всех размерах — самая маленькая была бы микроскопической, а крупнейшая в десятки тысяч раз больше массы нашего Солнца...

Расчеты показывают, что самые маленькие уже бы "испарились", выпуская квантовые частицы в процессе, известном как излучение Хокинга, так что до сих пор существовали бы только первобытные черные дыры с массой более 10^11 килограммов — примерно массой с небольшой астероид.

Если бы они существовали, эти древние черные дыры могли бы образовывать огромные ореолы "темной материи", которые, как считают некоторые астрофизики, окаймляют галактики.

Исследователи хотели узнать, смогут ли они отличить первобытные черные дыры от черных дыр, образовавшихся из нейтронных звезд — мерцающих остатков сверхновых, оставшихся от их родительских звезд, которые взорвались после того, как израсходовали весь свой водород в реакциях ядерного синтеза.

Астрофизики подсчитали, что звезды, размер которых меньше примерно пяти масс Солнца, коллапсируют, оставляя за собой нейтронную звезду со сверхплотной материей, где бы масса нашего Солнца была бы упакована в шар размером с город.

В этой теории интенсивная гравитация некоторых нейтронных звезд постоянно притягивала бы частицы темной материи; в конце концов их сила тяжести могла бы стать настолько большой, что нейтронная звезда и темная материя коллапсировали бы вместе в черную дыру, предполагает новое исследование.

Альтернатива, предложенная в исследовании, заключается в том, что нейтронная звезда могла быть притянута и слиться с небольшой первобытной черной дырой, которая потом осела в центре тяжести нейтронной звезды и подпитывалась окружающей материю, пока не осталась только черная дыра.

Гравитационные волны

Тахистов и его коллеги рассуждали, что черные дыры, трансмутированные от нейтронных звезд, должны придерживаться того же распределения масс нейтронных звезд, из которых они происходят, что зависит от размеров их родительских звезд.

Принимая это во внимание, они рассмотрели данные около 50-ти детекций гравитационных волн, сделанных на сегодняшний день, и обнаружили, что лишь у двух — GW190425 и GW190814 — задействованы объекты с нужными для первобытных черных дыр массами, написали авторы исследования.

Исследование не является окончательным: все-таки возможно, что в этих двух столкновениях участвовали нейтронные звезды выявленных масс или черные дыры, трансмутированные из нейтронных звезд таких размеров. Но распределение масс нейтронных звезд, которые теоретически существуют во Вселенной, делает это маловероятным, написали авторы.

"Наша работа представляет собой мощный тест на понимание их происхождения и связи с темной материей", - говорит Тахистов. "В частности, этот тест показывает, что черные дыры, значительно тяжелее чем примерно 1,5 солнечных масс, вряд ли будут "трансмутированы" в черные дыры от разрушения нейтронных звезд".

И если это так, это намекает на то, что первобытные черные дыры могут действительно существовать и они могут быть компонентом темной материи, согласно исследованию.

По словам Тахистова, этот метод станет более точным с увеличением количества детекторов гравитационных волн: "Тест имеет статистический характер, поэтому сбор большего количества данных позволит получить лучшее понимание".

! Читайте еще интересные новости о космосе на сайте или следите за ними на Facebook.