Представьте себе черную дыру массой астероида Церера. Он был бы не больше бактерии и практически необнаружим. Но если такие черные дыры распространены во Вселенной, они будут влиять на движения звезд и галактик, как мы и наблюдаем. Возможно, они являются источником темной материи.
Такие крошечные черные дыры не могли образоваться из умирающих звезд, но они могли образоваться в горячем и плотном космосе вскоре после Большого взрыва. По этой причине их называют первичными черными дырами. У нас нет доказательств их существования, но, поскольку они могли бы стать отличным объяснением темной материи, астрономы продолжают поиски.
Единственное, что мы знаем на данный момент, это то, что данные исключают большинство первичных черных дыр. Большие черные дыры почти звездной массы могли бы повлиять на скопление галактик так, как мы этого не наблюдаем. Крошечные черные дыры размером с гору или меньше давно бы испарились, что сделало бы их бесполезными в качестве кандидатов в темную материю. Но черные дыры астероидной массы все еще возможны. Они маловероятны, но формально они не исключены из данных. Итак, новое исследование рассматривает то, как первичные черные дыры астероидной массы могут быть обнаружены с помощью гравитационных волн.
Чтобы объяснить темную материю, чем меньше первичная черная дыра, тем более распространенной она должна быть. Для астероидных масс космос должен содержать огромное их море. Поскольку они будут группироваться внутри галактик, они будут достаточно распространены внутри галактик, чтобы некоторые из них могли регулярно сливаться. Как указывается в исследовании, каждое из этих слияний будет вызывать гравитационный чирп, подобный тем, которые мы наблюдали у черных дыр звездной массы. Просто они имели бы гораздо более высокую частоту и были бы более распространенными.
Частота этих первичных чириканий была бы слишком высокой для того, чтобы их могли наблюдать современные обсерватории, такие как LIGO, но авторы отмечают, что некоторые текущие эксперименты с темной материей могли бы их наблюдать. Одна альтернативная модель темной материи включает гипотетическую частицу, известную как аксион. Первоначально аксионы были предложены для решения некоторых проблем в физике частиц высоких энергий, и, хотя их популярность в физике элементарных частиц утратилась, они приобрели некоторую популярность в космологии. Мы предприняли несколько попыток обнаружить аксионы, но безуспешно. В своей статье авторы показывают, как можно немного изменить аксионные эксперименты, чтобы наблюдать щебетание слияний первичных черных дыр в идеальных условиях.
Шансы на успех довольно малы. Было бы странно, если бы первичные черные дыры существовали в единственно допустимом диапазоне масс и нигде больше, а условия, которые мы могли бы наблюдать, были бы довольно узкими. Но, возможно, стоит поискать на всякий случай. Природа темной материи остается огромной загадкой в астрономии, поэтому нам нечего терять, пытаясь время от времени выдвигать далеко идущие идеи.
Ссылка: Профумо, Стефано и др. «Максимальный гравитационно-волновой сигнал от слияния первичных черных дыр астероидной массы». Препринт arXivt arXiv:2410.15400 (2024).
