Во Вселенной существует три известных типа черных дыр: сверхмассивные черные дыры, скрывающиеся в центрах галактик, черные дыры звездной массы, являющиеся остатками массивных звезд, и черные дыры промежуточной массы, которые можно обнаружить в плотных скоплениях галактик. звезды. Но существует четвертый, гипотетический тип черной дыры, известный как первичные черные дыры (ПЧД). Если они существуют, они могли бы разгадать несколько космологических загадок.
Существует множество моделей первичных черных дыр, но все они предполагают, что они сформировались в самые ранние моменты существования Вселенной. В зависимости от конкретной модели они могут варьироваться по размеру от крошечных, размером с гору, до субзвездных черных дыр, более массивных, чем суперземля. Если они особенно массивны, они могли быть семенами галактических черных дыр, которые мы видим сегодня. Если они особенно крошечные, они могут быть источником темной материи.
Есть также несколько более тонких загадок, которые могут решить ПЧД. Один из них известен как избыток фона в ближнем инфракрасном диапазоне. Так же, как существует фон микроволнового излучения Большого взрыва, существует также космический фон света в ближнем инфракрасном диапазоне. Большая часть этого объясняется рядом известных астрофизических процессов, генерирующих тепло, но наблюдаемое количество немного больше, чем мы можем объяснить. Мы не знаем причину такого избытка, но он может быть вызван теплом, выделяемым первичными черными дырами, поскольку они потребляют небольшое количество межзвездного газа.
Кроме того, существует тот факт, что, поскольку модели ПЧД критически зависят от условий ранней Вселенной, если мы обнаружим первичные черные дыры определенного количества в определенном диапазоне масс, это позволит нам различать модели ранней Вселенной, давая нам лучшее представление о них. понимание Большого взрыва.
К сожалению, все поиски этих гипотетических существ оказались тщетными. Мы искали события микролинзирования, когда черная дыра проходит перед далекой звездой, линзируя ее свет и заставляя его на какое-то время казаться ярче. Мы искали вспышки света, поскольку излучение Хокинга заставляет их испускать вспышки по мере их распространения. Мы пытались наблюдать их гравитационные волны, когда они сливаются, образуя более крупные черные дыры. Все эти наблюдения наложили ограничения на то, какими могут быть их массы и насколько они распространены в космосе, но они остаются незамеченными, если предположить, что они существуют.
Хорошая новость заключается в том, что будущие наблюдения имеют хорошие шансы обнаружить их, если они реальны. В частности, обсерватории гравитационных волн, такие как космический телескоп LISA, могли бы обладать чувствительностью для наблюдения как первичных черных дыр большой массы, так и высокоэнергетических дыр с меньшей массой. Либо LISA и другие обсерватории докажут их реальность, либо пределы массы и распределения ПЧД будут настолько ограничены, что их невозможно будет использовать для объяснения большинства космологических загадок.
Все, что мы можем сделать сейчас, это продолжать поиски.
Ссылка: Баги, Элени и др. «Первичные черные дыры и их гравитационно-волновые признаки». Препринт arXiv arXiv:2310.19857 (2023).
Ссылка: Манцони Д. и др. «Первичные черные дыры как источники фона в ближнем инфракрасном диапазоне». Препринт arXiv arXiv:2310.19945 (2023).
