Это снова то время! Пришло время для другой модели, которая, наконец, разгадает тайну темной материи. Или нет, но попытаться стоит. Пока мы напрямую не обнаружим частицы темной материи или пока какая-то модель окончательно не удалит темную материю из нашего астрофизического инструментария, лучшее, что мы можем сделать, — это продолжать поиск решений. Эта новая работа рассматривает старый теоретический каштан, первичные черные дыры, но имеет несколько интересных особенностей.
Первичные черные дыры — это гипотетические объекты, образовавшиеся в самые ранние моменты существования Вселенной. Согласно моделям, они образовались в результате микрофлуктуаций плотности материи и пространства-времени и превратились в черные дыры размером с гору размером с песчинку. Хотя мы никогда не обнаруживали первичных черных дыр, они обладают всеми необходимыми свойствами темной материи, такими как отсутствие излучения света и способность группироваться вокруг галактик. Если они существуют, они могли бы объяснить большую часть темной материи.
Обратной стороной является то, что большинство кандидатов в первичные черные дыры были исключены наблюдениями. Например, чтобы объяснить темную материю, этих гравитационных пятен должно быть так много, что с нашей точки зрения они часто проходили бы перед звездой. Это создаст микролинзовую вспышку, которую мы должны регулярно наблюдать. Несколько обзоров неба безуспешно пытались найти такое событие, поэтому темная материя ПЧД в наши дни не является популярной идеей.
В этой новой работе используется несколько иной подход. Вместо того, чтобы рассматривать типичные первичные черные дыры, он рассматривает сверхлегкие черные дыры. Они находятся на небольшом конце возможных масс и настолько малы, что в игру вступит излучение Хокинга. Скорость распада Хокинга обратно пропорциональна размеру черной дыры, поэтому эти сверхлегкие черные дыры должны излучать энергию до конца своего существования в короткие космические сроки. Поскольку у нас нет полной модели квантовой гравитации, мы не знаем, что произойдет со сверхлегкими черными дырами в конце, и именно здесь и появляется эта статья.
Как отмечает автор, в принципе возможны три исхода. Во-первых, черная дыра полностью излучает энергию. Черная дыра закончилась бы короткой вспышкой частиц высокой энергии. Во-вторых, какой-то механизм предотвращает полное испарение и черная дыра достигает некоего состояния равновесия. Третий вариант аналогичен второму, но в этом случае состояние равновесия приводит к исчезновению горизонта событий, оставляя обнаженную плотную массу, известную как голая сингулярность. Автор также отмечает, что в последних двух случаях объекты могут иметь чистый электрический заряд.
В случае с испарением самым большим неизвестным будет время испарения. Если бы ПЧД изначально были крошечными, они бы быстро испарились и усилили эффект разогрева раннего космоса. Если они испаряются медленно, мы сможем увидеть их смерть как вспышку гамма-лучей. Ни один из этих эффектов не наблюдался, но вполне возможно, что детекторы, такие как телескоп большой площади Ферми, смогут поймать один из них в действии.
Автор утверждает, что в последних двух вариантах равновесие будет достигнуто в масштабе Планка. Остатки будут размером с протон, но с гораздо большей массой. К сожалению, если бы эти остатки были электрически нейтральны, их было бы невозможно обнаружить. Они не распадутся на другие частицы и не будут достаточно большими, чтобы их можно было обнаружить напрямую. Это соответствовало бы наблюдению, но не является удовлетворительным результатом. Модель по сути недоказуема. Если частицы действительно имеют заряд, мы могли бы обнаружить их присутствие в детекторах нейтрино следующего поколения.
Главное в этой работе то, что текущие наблюдения не исключают существование первичных черных дыр. Пока у нас не будет более точных данных, эта модель дополнит теоретическую кучу многих других возможностей.
Ссылка: Профумо, С. «Сверхлегкие первичные черные дыры». Препринт arXiv arXiv:2405.00546 (2024).
