Реальны ли первичные черные дыры? Они могли образоваться в условиях необычной физики, которая доминировала во Вселенной вскоре после Большого взрыва. Идея возникла еще в 1960-х годах, но пока отсутствие доказательств делает их чисто гипотетическими.
Если они действительно существуют, новая статья предполагает, что они могут прятаться в настолько невероятных местах, что никто даже не подумал туда заглянуть.
Черные дыры образуются, когда массивные звезды достигают конца своей жизни и страдают от гравитационного коллапса. Однако в Первичных черных дырах (ПЧД) не было звезд. Физики предполагают, что ПЧД образовались в ранней Вселенной из чрезвычайно плотных карманов субатомной материи, которые коллапсировали непосредственно в черные дыры. Они могут частично или полностью составлять то, что мы называем темной материей.
Однако они остаются гипотетическими, поскольку ни одного из них не наблюдалось.
Новое исследование в области физики темной Вселенной предполагает, что исследователи ищут не в тех местах. Он называется «В поисках маленьких первичных черных дыр на планетах, астероидах и здесь, на Земле». Соавторы — Де-Чанг Дай и Деян Стойкович из Университета Кейс Вестерн Резерв и Государственного университета Нью-Йорка соответственно.
Авторы утверждают, что доказательства существования ПЧД можно найти в объектах размером с выдолбленные планетоиды или астероиды, а также в объектах размером с камни здесь, на Земле.
«Маленькие первичные черные дыры могли захватываться скалистыми планетами или астероидами, поглощать их жидкие ядра изнутри и оставлять полые структуры», — пишут авторы. «В качестве альтернативы быстрая черная дыра может оставить узкий туннель в твердом объекте, проходя через него. Такие микротоннели мы могли бы искать здесь, на Земле, в очень старых породах», — утверждают авторы, поясняя, что для поиска не понадобится специализированное дорогостоящее оборудование.
Работа автора во многом опирается на другие исследования, предполагающие, что массы PBH составляют от 1016 и 1010 Солнечные массы могут быть кандидатами на роль темной материи. Эти ПЧД могут быть захвачены звездами или заперты в их недрах при формировании. ПЧД будет медленно поглощать газ внутри звезд.
Однако эти авторы идут в другом направлении. «Мы распространяем эту идею на планеты и астероиды, на которых также можно ожидать размещения ПЧД», — пишут они, объясняя, что ПЧД могут быть захвачены этими объектами либо во время их создания, либо после их создания. Оказавшись внутри скалистого тела, ПЧД поглотила бы жидкое ядро, опустошив его и оставив пустым.
«Мы должны мыслить нестандартно, потому что то, что было сделано ранее для поиска первичных черных дыр, не сработало».
Деян Стойкович, SUNY
«Если объект имеет жидкое центральное ядро, то захваченная ПЧД может поглотить жидкое ядро, плотность которого выше, чем плотность внешнего твердого слоя», — сказал Стойкович.
Если астероид или другое тело пострадает от удара, ПЧД может уйти, не оставив после себя ничего, кроме полой оболочки, которую можно будет обнаружить.
«Если плотность объекта слишком мала для его размера, это хороший признак того, что он полый», — сказал Стойкович. Изучения орбиты объекта с помощью телескопа достаточно, чтобы обнаружить пустоту.
Другая возможность, которую представляют авторы, — это быстро движущиеся крошечные ЧДД, которые оставляют микроскопические туннели в объектах. «Поскольку сечение маленьких PHB очень мало, достаточно быстрая PBH, скорее всего, создаст прямой туннель после прохождения через астероид», — объясняют авторы. В этом случае прямой туннель через астероид может быть свидетельством существования PBH.
ЧДД также могут оставлять микроскопические туннели в камнях и других объектах на Земле. «Тот же эффект мог бы позволить обнаружить ПЧД здесь, на Земле, если мы будем искать внезапное появление узких туннелей в металлических плитах», — пишут авторы.
Что отличает эти гипотетические ЧДД, так это их обнаружение. В других сценариях для их обнаружения потребуются космические телескопы, обсерватории гравитационных волн или даже мониторинг далеких квазаров с помощью микроволн. Но в этой работе обнаружение потенциально намного дешевле и проще.
«Шансы найти эти сигнатуры невелики, но их поиск не потребует много ресурсов, а потенциальная отдача — первое свидетельство существования первичной черной дыры — будет огромной», — сказал Стойкович. «Мы должны мыслить нестандартно, потому что то, что было сделано ранее для поиска первичных черных дыр, не сработало».
«Хотя наша оценка дает очень небольшую вероятность обнаружения таких туннелей, их поиск не требует дорогостоящего оборудования и длительной подготовки, а отдача может быть значительной», — поясняют авторы.
«Нужно сравнивать затраты и выгоды. Много ли стоит это сделать? Нет, это не так», — заявил Стойкович в пресс-релизе.
Это нестандартное мышление или, в любом случае, выход за рамки стандартной модели. Космология как бы зашла в тупик, пока мы боремся с идеей темной материи. Могут ли ЧЧД быть темной материей? Могут ли они вести себя так, как предполагают авторы, и быть обнаружены таким образом?
«Самые умные люди на планете работали над этими проблемами на протяжении 80 лет и до сих пор не решили их», — сказал Стойкович. «Нам не нужно прямое расширение существующих моделей. Вероятно, нам вообще нужна совершенно новая структура».
