Самые первые чёрные дыры или первичные чёрные дыры являются интригующим вариантом для объяснения тёмной материи. Новое исследование обнаружило вероятный сценарий их создания в ранней Вселенной.
Астрономы не могут увидеть примерно 80% массы каждой галактики. Неизвестная часть известна как тёмная материя, и астрономы обычно предполагают, что это форма материи, которая не взаимодействует со светом. Одно из предположений состоит в том, что тёмная материя состит из чёрных дыр, которые, как следует из их названия, не испускают излучение. Однако эти чёрные дыры не могут образоваться за счёт гибели звёзд. Во-первых, на ранних этапах жизни Вселенной не хватило бы звёзд, чтобы сформировалось достаточное количество чёрных дыр. А во-вторых, даже если бы Вселенная была старше, то просто не хватило бы сырья для создания достаточного количества звёзд. Таким образом, такое образование чёрных дыр не может объяснить всю тёмную материю.
Вместо этого, если мы хотим, чтобы тёмная материя состояла из чёрных дыр, эти чёрные дыры должны быть первичными. Это означает, что они образовались не в результате гибели массивных звёзд, а в результате какого-то экзотического процесса, произошедшего в ранней Вселенной.
Самые первые чёрные дыры
Однако многочисленные космологические наблюдения исключили большинство диапазонов масс для этих первичных чёрных дыр, оставив лишь относительно узкое окно. Таким образом, задача теоретиков состоит в том, чтобы найти правдоподобный механизм образования первичных чёрных дыр в достаточном количестве с массами, которые соответствуют наблюдениям.
В Стандартной модели физики элементарных частиц нет механизма, описывающего создание чёрных дыр в ранней Вселенной. Но мы знаем, что Стандартная модель неполна и что новая физика не за горами. В недавнем исследовании были изучены дополнения для Стандартной модели и найден новый способ создания чёрных дыр.
Большинство сценариев создания первичных чёрных дыр основаны на так называемом фазовом переходе первого рода. В этом случае в невероятно ранней Вселенной фундаментальная природа квантовых полей, пропитывающих всё пространство-время, резко и быстро меняет свой характер. Этот переход начинался со множества точек зарождения, которые расширялись в пузырьки.
Хаотические события
В этом сценарии легко сформировать самые первые чёрные дыры, потому что в данном случае происходят очень хаотичные и катастрофические события. Однако, новое исследование показало, что даже плавные переходы могут привести к образованию чёрных дыр. Суть в том, что некоторые квантовые поля остаются сильно связанными друг с другом. По мере того, как они медленно переходят из одного состояния в другое, их взаимодействия могут резко увеличиваться, что приводит к возникновению очагов с чрезвычайно высокой плотностью энергии. Последние и коллапсируют в чёрные дыры, которые затем заполняют всю Вселенную.
Несмотря на интригу, исследователям предстоит ещё много работы. Физикам придётся конкретизировать детали этой теории, чтобы убедиться, что она физически правдоподобна. И астрономам придётся найти способы непосредственного наблюдения за этими популяциями первичных чёрных дыр. А до тех пор тайна тёмной материи всё ещё будет нераскрыта.
