Чёрные дыры (ЧД) — одно из физических явлений, не до конца понятных науке. Физика мало знает о таких объектах, а многие известные «факты» — это теории, которые периодически пересматриваются.

При этом остаётся открытым ряд вопросов о природе ЧД, в том числе о зарождении первичных чёрных дыр (ПЧД). Как их много вокруг, сколько среди них сверхмалых ЧД размером с атом, насколько они опасны для человека, для Земли и Солнца.

Ещё интересные научные теории — это частота взрывов окружающих ЧД (по некоторым расчётам, в ближайшие десять лет мы станем свидетелями такого явления), зарождение новых Вселенных внутри чёрных дыр, в том числе нашей Вселенной, и блуждающие по космосу «одинокие» ЧД без окружающих звёзд.

Сверхмалые ЧД

В 1974 году Ларри Нивен написал НФ-детектив «Дырявый» с интересным вопросом: можно ли убить человека с помощью крошечной ЧД? На первый взгляд ответ кажется однозначным «Да», учитывая сверхгравитацию этого объекта.

Но на самом деле всё зависит от размера. Правильный вопрос — какова критическая масса? Какой минимальный размер ЧД, чтобы стать смертоносной для человека? Американский физик Роберт Дж. Шеррер недавно провёл соответствующие расчёты, они обсуждались на Хабре.

Автор упоминает первичные ЧД (ПЧД или PBH, от primordial black holes), которые могли образоваться в самые ранние моменты существования Вселенной и были бы гораздо меньше ЧД звёздной массы.

Хотя астрономы никогда не находили ПЧД, физика позволяет установить границы диапазона масс. Например, любая ПЧД меньше кг испарится благодаря радиации Хокинга. Объект большекг будет гравитационно линзировать звёзды в Млечном Пути, а мы такого не видим.

В теоретических моделях масса ПЧД ограничена диапазоном отдокг, что похоже на диапазон масс астероидов. Поэтому исследование сосредоточено на этом диапазоне. Оно рассматривает два эффекта, вредоносных для человеческого тела: приливная сила около ЧД и ударная волна.

ЧД массой с астероид имеют размер менее 1 мкм, поэтому приливные силы будут действовать на очень малую область. Если такая ЧД пройдёт через тело человека или одну из конечностей, произойдёт только локальное повреждение, словно тонкая игла прошла насквозь. Ударные волны гораздо опаснее. Когда ЧД войдёт в организм, она создаст волну плотности, которая пройдёт по всему телу. Эти ударные волны физически повреждают клетки и передают тепловую энергию, которая наносит дальнейший ущерб. Автор рассчитал, что для ударной волны с энергией 100 Дж, аналогичной пуле калибра .22, требуется ЧД массой всегокг.

Физик также рассчитал вероятность столкновения ПЧД с человеческим организмом, с учётом объёма тела человека 1 м³ и населения планеты:

Любопытен и другой вывод из расчётов: что чёрная дыра массой с астероидкг не причинит никакого ущерба, а её гравитационные эффекты в человеческом теле близки к нулевым.

Подробнее см. в статье «Гравитационные эффекты небольшой первичной чёрной дыры, проходящей через человеческое тело», опубликованной 13 февраля 2025 года на сайте препринтов arXiv.org (arXiv:2502.09734).

Одинокие ЧД, которые блуждают по космосу

Согласно классической астрофизике, сначала формируются звёзды и галактики, а уже потом из них «вырастают» сверхмассивные чёрные дыры. И в стандартной картине сверхмассивные ЧД окружены звёздами, например, находятся в центре галактики:

Но Стивен Хокинг в 1971 году предположил, что ЧД зарождались из плотностных неоднородностей ранней Вселенной. Эти первичные ЧД могли появиться ещё раньше звёзд, как показано на рис. 1. И большое количество таких маленьких чёрных дыр могут существовать до сих пор:

«Предполагается, что может существовать большое количество гравитационно коллапсировавших объектов массой отг и выше, которые образовались в результате флуктуаций в ранней Вселенной. Они могли бы иметь электрический заряд до ± 30 единиц электрона. Такие объекты будут оставлять характерные следы в пузырьковых камерах и могут образовывать атомы с вращающимися электронами или протонами. Масса в г таких объектов могла накопиться в центре звезды, подобной Солнцу. Если такая звезда позже станет нейтронной звездой, будет происходить постоянное аккреция материи центральным коллапсировавшим объектом, который в конечном итоге может поглотить всю звезду примерно за десять миллионов лет», — из статьи Хокинга «Гравитационно коллапсировавшие объекты очень малой массы», 1971 г.

В 2025 году с помощью телескопа James Webb был обнаружен необычный объект, который может подтвердить теорию Хокинга.

Обнаруженный объект — это одинокая ЧД посреди космоса, вокруг которой практически нет никаких звёзд. Объект массой порядка 50 млн масс Солнца получил обозначение QSO1. По оценке экспертов, ЧД без «родительской» галактики — это потенциально новый класс «голых» чёрных дыр (naked black holes).

QSO1 заметили благодаря гравитационному линзированию — промежуточные массы (галактики/тёмная материя) усилили и размножили изображение, поэтому объект виден в трёх отражениях.

Газ вокруг QSO1 выглядит почти как чистый водород (почти без тяжёлых элементов). Это доказывает, что объект сформировался в абсолютной пустоте: до того, как рядом успело появиться/взорваться много звёзд, которые «засевают» среду тяжёлыми элементами.

QSO1 — часть популяции маленьких красных точек (МКТ). Это более 300 таинственных астрономических объектов, вокруг которых идёт спор, что это такое: активные ПЧД или необычные галактики без чёрных дыр. Есть даже кандидаты на квазизвёзды — гигантские звёзды, в центре которых находится чёрная дыра, примерно как описано у Хокинга.

По мнению исследователей, ЧД такого типа могла образоваться или по теории Хокинга из плотностных неоднородностей ранней Вселенной, или это коллапс в ЧД газового облака. Есть ещё «сценарий Pac‑Man»: ЧД в сверхплотной звёздной области быстро «выметает» газ и раздувается, а звёзды затем быстро гаснут/исчезают.

Научная статья опубликована 29 августа 2025 года на arXiv.org.

Получается, что в космосе может находиться огромное количество чёрных дыр малой массы. Они могут находиться и в центре звёзд, и свободно блуждать по космосу.

Эта теория кажется сумасшедшей, но она может объяснять парадокс «невидимой массы» в космосе, которую приписывают тёмной материи. Её состав и природа на настоящий момент неизвестны науке. Кто знает, вдруг миллиарды блуждающих ЧД составляют ту самую тёмную материю?

Взрыв ЧД в течение десяти лет

Но если вокруг нас огромное количество ЧД, то стоит вспомнить о ещё одной физической теории — что каждая ЧД заканчивает свою жизнь взрывом. Раньше считалось, что это крайне редкое явление, которое мы можем наблюдать только один раз в 100 тыс. лет. Но согласно новым подсчётам астрофизиков, с вероятностью более 90% мы станем свидетелями такого взрыва уже в ближайшее время, а именно — в течение десяти лет.

Научная статья «Станем ли мы свидетелями взрыва ЧД в ближайшее время?» опубликована 10 сентября 2025 года в журнале Physical Review Letters.

Как мы уже отмечали выше, ПЧД рождены не в результате коллапса звезды, а из первобытных условий ранней Вселенной, из неоднородностей пространства-времени в первую секунду после Большого взрыва. Как и обычные ЧД, они обладают огромной плотностью, но при этом могут быть гораздо легче обычных ЧД.

У каждой чёрной дыры есть температура, а процесс «испарения» частиц с окружающего пространства (излучение Хокинга) зависит от температуры. Соглаcно расчётам Хокинга, чем легче ЧД, тем она горячее и тем больше частиц будет испускать. По мере испарения ЧД становятся всё легче и горячее, излучая ещё больше радиации, вплоть до взрыва. «Именно это излучение Хокинга наши телескопы могут обнаружить», — говорит Андреа Тэмм, соавтор вышеупомянутой научной работы и доцент физики Массачусетского университета в Амхерсте.

В опубликованной работе представлены расчёты того, что взрыв ПЧД — вполне вероятное и ожидаемое событие. Для расчёта они составили «игрушечную модель тёмной квантовой электродинамики» — копию обычной электрической силы, но с включением очень тяжёлой, гипотетической версии электрона, которую назвали «тёмным электроном». Затем они пересмотрели давние предположения об электрическом заряде чёрных дыр. Стандартные чёрные дыры не имеют заряда, и предполагалось, что ПЧД также электрически нейтральны. Но авторы этого доклада сделали предположение, что ПЧД образуется с небольшим «тёмным электрическим зарядом», который должен временно стабилизироваться перед окончательным взрывом.

Учитывая все известные экспериментальные данные, они обнаружили, что мы могли бы потенциально наблюдать взрыв ПЧД не раз в 100 000 лет, как считалось ранее, а раз в 10 лет. По мнению авторов, такой взрыв станет первым убедительным доказательством существования первичных ЧД.

Мы можем регистрировать излучение Хокинга, поэтому сможем наблюдать этот взрыв в обсерваториях HAWC или LHAASO. Вероятность наблюдения такого события в течение десяти лет составляет более 90% (пурпурная линия на рис. 9).

Это будет первым прямым наблюдением как радиации Хокинга, так и ПЧД с малой массой. Мы также получим треки фундаментальных частиц, которые образуются в результате взрыва, то есть полный физический состав ранней Вселенной. Учёные надеются, что это поможет расширить Стандартную модель и ответить на вопросы, на которые она сейчас не способна логично ответить.

Зарождение Вселенной внутри ЧД

В связи со всеми теориями о природе ЧД нельзя не упомянуть и одну из самых интересных теорий — идею, что новые Вселенные зарождаются внутри ЧД. Согласно этой теории, мы и сейчас находимся внутри чёрной дыры. И это согласуется с ускорением расширения Вселенной, которое трудно объяснить иными причинами:

Единственное явление природы, где происходит ускорение — падение в поле гравитации. При падении в чёрную дыру вещество проходит фазу сжатия и исчезает за горизонтом событий для внешнего наблюдателя. Но в системе отсчёта, которая падает в чёрную дыру, процесс продолжается бесконечно. Пространство внутри чёрной дыры за горизонтом событий начинает расширяться, и в какой-то момент плотная материя начинает пропускать излучение. Как видно, это ничем не отличается от описания Большого взрыва, но не имеет мучительного вопроса — что было до «момента ноль».

Получается, что наблюдаемая Вселенная — это внутренность чёрной дыры, находящейся внутри некоей ещё большей вселенной, или Мультивселенной.

И это одна из множества теорий в современной астрофизике. Иногда кажется, что нам вообще мало известно об окружающем мире наверняка. В основном, только теории...

© 2026 ООО «МТ ФИНАНС»