Чи можуть первинні чорні діри стати ключем до розгадки таємниці темної матерії?
Нещодавні спостереження гравітаційних хвиль — «брижі» на тканині простору-часу — дали інтригуючу підказку про те, що давня космологічна теорія нарешті може виявитися вірною. Дослідники вважають, що виявили ознаки існування первинних чорних дірок : крихітних стародавніх об’єктів, народжених не в результаті загибелі зірок, а з хаотичних флуктуацій найбільшого вибуху.
Якщо це підтвердиться, такі «неастрофізичні» чорні дірки зможуть вирішити одну з найбільших загадок сучасної науки: визначити природу темної матерії.
За межами загибелі зірок
Щоб зрозуміти значимість цього відкриття, необхідно розмежувати чорні дірки, які нам уже відомі, і ті, про які йдеться тут.
- Чорні діри зоряних мас: вони утворюються, коли масивні зірки колапсують наприкінці свого життєвого циклу. Зазвичай вони набагато більші за наше Сонце.
- Первинні чорні діри (ПЧД): вони сформувалися відразу після Великого вибуху через коливання щільності в ранньому Всесвіті. Оскільки їх виникнення не пов’язане із зірковою еволюцією, вони можуть бути неймовірно малі – від маси астероїда до великої планети.
Сигнал, зафіксований Лазерно-інтерферометричною гравітаційно-хвильовою обсерваторією (LIGO), був викликаний зіткненням двох чорних дір, маса хоча б однієї з яких була меншою за масу нашого Сонця. Оскільки стандартна зоряна еволюція не здатна породити чорну дірку такого малого розміру, цей сигнал вказує на їхнє первинне походження.
Зв’язок із темною матерією
Виявлення цих крихітних чорних дірок – не просто цікавий факт; це потенційне рішення проблеми темної матерії.
Темна матерія — це невидима субстанція, частку якої припадає приблизно 85% всієї матерії у Всесвіті. Хоча ми не можемо її побачити (оскільки вона не взаємодіє зі світлом чи електромагнітним випромінюванням), ми знаємо про її існування завдяки гравітації, яка утримує галактики від розпаду. Протягом десятиліть фізики шукали субатомну частинку, яка б пояснити природу темної матерії, але ці пошуки переважно не увінчалися успіхом.
«Найімовірнішим поясненням сигналу LIGO, який немає традиційних астрофізичних пояснень, є виявлення первинної чорної діри», — стверджує дослідник Альберто Магараджа.
Первинні чорні діри є ідеальними кандидатами на роль темної матерії, оскільки вони мають масу і створюють гравітаційне тяжіння, але при цьому залишаються фактично невидимими за своїми обріями подій.
В очікуванні «неспростовних доказів»
Незважаючи на наснагу, наукова спільнота зберігає обережність. Існує ймовірність того, що сигнал LIGO був лише «шумом» – перешкодами всередині масивних лазерних плечей детектора.
Дослідники Ніко Каппелуті та Альберто Магараджа з Університету Майамі працюють над тим, щоб довести справжність цих сигналів. Їхні моделі припускають, що, хоча такі чорні дірки з масою менше сонячної мають зустрічатися рідко, їх досить багато, щоб сучасні та майбутні технології могли їх зафіксувати.
Для підтвердження потрібний не один сигнал. Щоб перейти від «підказки, що інтригує» до наукового факту, астрономам потрібні «неспростовні докази» — серія послідовних виявлень, що відповідають передбачуваним моделям первинних чорних дірок.
Довга гра відкриттів
Історія фізики вчить нас, що потрібне терпіння. Альберт Ейнштейн передбачив існування гравітаційних хвиль ще в 1915 році, але знадобилося ціле століття технологічного прогресу, щоб їх нарешті виявили у 2015 році.
Завдяки майбутнім оновленням мереж LIGO, Virgo та KAGRA, а також майбутньому запуску космічного детектора LISA (Laser Interferometer Space Antenna), інструменти для підтвердження існування цих стародавніх космічних реліктів нарешті створюються.
Висновок: Хоча виявлення чорної діри з масою менше сонячної поки не підтверджено, це дає найважливішу зачіпку у пошуках первинних чорних дірок, потенційно пов’язуючи Великий вибух із загадкою темної матерії.
