Черная дыра в представлении художника

Идея о том, что во Вселенной существуют черные дыры, возраст которых практически равен возрасту самой Вселенной, появилась в научной среде довольно давно. В самом деле, ведь во Вселенной было достаточно материи для формирования черных дыр спустя совсем небольшое время после Большого Взрыва. Тем не менее, это лишь гипотеза, доказать которую достаточно сложно — ведь инструментов для обнаружения изначальных обитателей Вселенной у ученых практически нет.

Недавно группа физиков предложила необычный метод поиска древних черных дыр. Ученые предположили, что такие объекты вполне способны поглощать нейтронные звезды (сформировавшиеся впоследствии, да). Сами они не могут выйти за пределы гравитационного коллапса, но скорость их вращения достаточна для того, чтобы часть вещества все-таки вырвалась из объятий черной дыры.

Свои предположения ученые, о которых шла речь выше, оформили в качестве статьи и опубликовали в Physical Review Letters. Группа исследователей, состоящая из трех физиков, предполагает, что при некоторых условиях тяжелые элементы могут выйти за пределы гравитационной аномалии и вот как раз их можно обнаружить.

Древние черные дыры имеют два принципиальных отличия от их более молодых «родственников». Во-первых, обычная черная дыра формируется в результате коллапса массивной звезды. Стивен Хокинг в 1971 году предположил, что древние черные дыры сформировались не из звезд (их в начальном этапе формирования Вселенной просто не было) а в результате гравитационного коллапса колебаний флуктуаций плотности. Во-вторых, масса древних черных дыр может быть практически любой, равной как массе обычной звезды, так и в тысячи раз превышать массу известных Сверхновых. Кстати, по мнению некоторых ученых, именно древние черные дыры могут быть средоточием темной материи, которую ищут и никак не могут найти в количествах, предсказанных физиками.

Все это хорошо, но, как и говорилось выше, обнаружить такие объекты без надлежащих инструментов практически невозможно. О них можно говорить, но доказать их существование обычными для астрономии методами нельзя. Единственный способ сделать это — найти следы поглощения такой черной звездой нейтронной звезды.



Нейтронные звезды очень быстро вращаются вокруг своей оси, совершая полный оборот за считанные миллисекунды. Предположим, что такой объект попал в черную дыру. Последняя не может поглотить нейтронную звезду сразу и без остатка — законы физики накладывают определенные ограничения на скорость поглощения материи. В результате взаимодействия двух этих объектов поглощаемая звезда будет вращаться еще быстрее. И если это так, что вещество, которое находится на поверхности нейтронной звезды около экватора может в определенный момент достичь скорости, которой достаточно для выхода за пределы гравитационного капкана. Физики считают, что в этом случае значительная часть материи может избежать поглощения и выйти за пределы досягаемости черной дыры.

Понятно, что пока вещество находится в составе нейтронной звезды, его состояние резко отличается от состава обычного вещества. Это, фактически, «крошево» атомов. Поэтому после выброса материя стремится перейти в обычную форму, восстанавливаются атомы и стандартная структура материи. Из-за особенностей этого процесса появляются атомы тяжелых элементов. По мнению авторов исследования, распределение тяжелых элементов по Вселенной как раз соответствует их гипотезе. Ученые провели моделирование, используя свои предположения, и получили несколько подтверждений корректности своей гипотезы. Конечно, у нее есть и противники, но тех, кто поддержал выкладки своих коллег, все же больше.

Более того, физики утверждают, что их гипотеза объясняет многие явления, которые современная наука не может объяснить. Это и быстрые радиовсплески, и антиматерия в нашей галактике и многое другое. Плюс ко всему, черные дыры сами по себе могут составлять 10% того объема темной материи, которую ранее просчитали астрономы.

DOI: 10.1103/PhysRevLett.119.061101