Учёные воскресили теорию Хокинга о тёмной материи

На гифке ниже изображено то, что было в первые мгновения после Большого взрыва. За одну-единственную секунду произошло столько всего, что на целую книгу хватит. Первые квантовые частицы возникли за тот невообразимый промежуток времени, который обозначен как 10 в минус 43-й степени секунды.

И вот они возникли и немедленно начали творить примерно такую фантасмагорию. Это называется квантовыми флуктуациями. Суть в том, что они появляются, исчезают, возникают в другом месте. В общем, хаос какой-то.

Так вот, по мнению Стивена Хокинга, в тот момент Вселенная ещё не успела распространиться на какой-то приличный радиус и пространство было настолько плотное и горячее, что оно этим квантовым безумием было по-особому искривлено — повсюду в нём образовались некие комки, уплотнения, они коллапсировали. Так возникло то, что учёные назвали первичными чёрными дырами.

Сейчас, в наши дни, когда Вселенной уже не будем говорить сколько лет (ну хорошо, 13,7 миллиарда лет или около того), бывают чёрные дыры двух видов — схлопнувшиеся очень массивные звёзды и сверхмассивные провалы в центрах галактик. И в том, и в другом случае они возникают из-за супермощной гравитации, которую создаёт огромная масса вещества. И эта масса своим притяжением искривляет пространство. Вернее, пространство-время, ибо они, как установила современная физика, являются единым целым. А по Хокингу, в первые доли секунды после рождения Вселенной такая масса была для этого искривления не нужна: было настолько плотно и тесно, что пространство само собой продырявливалось насквозь, как решето.

Прославленный искатель теории всего утверждал, что тогда возникали чёрные дыры самых разных размеров. Но у всех была и есть одна особенность: с их "поверхности" потихоньку что-то "испаряется" и это что-то в науке обозначено как излучение Хокинга. А значит, чёрные дыры мало-помалу "худеют", а в конце концов взрываются и перестают существовать. Исходя из этого, получается, что совсем маленькие чёрные дыры быстро себя растеряли и исчезли. Но те, которые побольше, вполне могли и дожить до наших дней.

По расчётам физиков, сейчас могут сохраняться чёрные дыры с массой более миллиарда тонн. Но дело в том, что, вообще-то, это вес обыкновенного астероида. Неужели бывают такие чёрные дыры?

В середине 1970-х Стивен Хокинг заявил, что надо попытаться их найти. Для этого есть два способа. Во-первых, они могут что-то излучать. А во-вторых, они могут работать как линзы — искажать свет вокруг себя. Этот эффект называется гравитационным линзированием.

Но зачем эти мелкие провалы вообще так понадобились? А потому, что у Хокинга была мысль, что именно эти маленькие чёрные дыры и есть так называемая тёмная материя — нечто имеющее огромную невидимую массу, гораздо большую, чем всё, что мы видим в самые мощные телескопы. Видимая материя — это лишь 4% Вселенной. А больше 20% — это тёмная материя. Невидимая масса. Всё остальное — тёмная энергия, это отдельная песня, это что-то такое, из-за чего Вселенная расширяется всё быстрее и быстрее. Сейчас речь не о ней, а о тёмной материи. Почему учёные уверены, что она есть? Потому что массы видимого вещества слишком мало, чтобы своей гравитацией сохранять рядом, к примеру, звёзды в нашей Галактике. Без тёмной материи они бы разлетелись, наше небо было бы черным-черно. Что-то их дополнительно удерживает. Космологи убеждены: это нечто — строительные леса, на которых держится вся архитектура видимой Вселенной. Астрономы обнаружили, что галактики окружены неким невидимым сферическим нимбом, они назвали его галактическим гало. И есть версия, что это гало создаёт тёмная материя. Хокинг считал, что первичные чёрные дыры стоит поискать именно там.

Собственно, ищут и там, и где только можно. В 2019 году на предмет маленьких чёрных дыр обследовали Туманность Андромеды — соседнюю с нами галактику — и ожидаемого результата не получили. Пришли к выводу, что Хокинг ошибался. Однако, как следует из опубликованной недавно научной работы, кое-что всё-таки нашли. Например, интересные результаты дали пятилетние наблюдения нескольких обсерваторий в рамках проекта OGLE (Optical Gravitational Lensing Experiment — Оптический эксперимент по гравитационному линзированию). Телескопы обнаружили микролинзы, которые просуществовали достаточно долго, и их эффект предполагает, что это могли сделать чёрные дыры массой от одного до десяти Солнц. Это не то чтобы микро чёрная дыра, но тем не менее это слишком маленькая масса для образования таких чёрных дыр, какие мы наблюдаем. Насколько мы знаем, Солнце или даже звезда в десять раз тяжелее Солнца в чёрную дыру не схлопывается. А кроме этого заметили шесть "коротких" гравитационных линз, то есть когда эффект был недолгим. И это подходит под чёрную дыру планетарной массы, что уже действительно ни в какие ворота.

Но самое главное: учёные смоделировали эволюцию Вселенной, подставив искомое недостающее звено — первичные чёрные дыры. И всё сошлось. Исследователи подчёркивают, что наличие таких объектов ответило бы на множество вопросов. А именно: почему сверхмассивные чёрные дыры возникли так быстро? К примеру, учёные посмотрели в телескопы на объекты, расположенные в 12 миллиардах световых лет отсюда. А надо понимать, что телескоп — это машина времени. Если мы видим что-то в 12 миллиардах световых лет, то оно было там и было такое 12 миллиардов лет назад, а что с ним сейчас — кто его знает. Таким образом, астрономия позволяет увидеть, какой была юная Вселенная. И учёные увидели, что во Вселенной возрастом менее миллиарда лет уже были чёрные дыры массой в десять миллиардов Солнц. И астрономы потрясены: откуда они такие тяжёлые в столь стародавние времена? И первичные чёрные дыры — неплохое объяснение.

— Первичные чёрные дыры, если они существуют, вполне могут быть семенами, из которых выросли все сверхмассивные чёрные дыры, в том числе та, которая находится в центре Млечного Пути, — говорит профессор астрономии и физики Йельского университета Приямвада Натараян.

А если они действительно есть, то на них вполне можно было бы возложить ответственность за таинственную невидимую массу во Вселенной, полагают учёные, и никакая "новая физика" (в виде каких-то неведомых науке частиц) была бы не нужна. Так что идея Хокинга жива. Большие надежды в этом смысле на телескоп "Уэбб", который после "Хаббла" займёт место главного телескопа Земли.