Первые чёрные дыры могли появиться уже через 1 секунду после Большого взрыва

Фото из открытых источников

Физики сходятся во мнении, что в первые секунды после Большого взрыва произошло невероятно много событий, причём большая их часть уложилась в непостижимо малые промежутки времени. Точная природа этой активности вызывает гораздо больше споров, но новая модель предполагает не только почти мгновенное образование чёрных дыр, но и экзотические бозоны и звёзды-каннибалы. 

В отличие от самого Большого взрыва, новая модель не возникла из ничего. Некоторые существующие модели предполагают, что история происхождения Вселенной включает в себя так называемую эпоху раннего доминирования материи (EMDE). Считается, что это произошло, когда изначально очень горячие частицы, образовавшиеся в период инфляции Большого взрыва, остыли, так что излучаемая ими энергия уже не превышала их массу.

Пранджал Ралеганкар, Даниэле Перри и Такеши Кобаяши из Международной школы передовых исследований Италии попытались исследовать взаимодействие частиц в электромагнитном разломе (EMDE), хотя природа этих частиц в то время оставалась загадкой. Они пришли к выводу, что получившиеся образования были бы весьма разнообразны, создавая сложную вселенную, которую, к сожалению, никто не мог оценить по достоинству. Исследование опубликовано в журнале Physical Review D.

Не имея возможности наблюдать её напрямую, не говоря уже о её воспроизведении, мы не можем быть уверены в начальных стадиях развития Вселенной, но физики определённо уверены в своих моделях определённых фаз. Однако между инфляцией и нуклеосинтезом водорода и гелия лежит разрыв, который изучен гораздо меньше.

«Одна из интригующих возможностей заключается в том, что в течение этого периода материя временно доминировала во Вселенной», – пишут авторы, в отличие от периодов, когда доминировала энергия, включая тёмную энергию. Если бы существовал такой EMDE, он должен был бы включать образование гало материи. Их масса была бы мала по меркам современной Вселенной – менее чем вдвое больше массы Земли, но в гораздо меньшей Вселенной эта масса была бы сконцентрирована в огромной степени.

Если бы частицы внутри этих гало могли взаимодействовать друг с другом, они могли бы объединяться, образуя компактные объекты, включая чёрные дыры, где материя настолько концентрирована, что искривляет пространство-время в достаточной степени. Учитывая планетарные массы гало, образовавшиеся чёрные дыры могли иметь массу, сравнимую с массой астероидов.

Хотя по отдельности эти чёрные дыры были невелики, в этот период могло быть создано так много таких чёрных дыр, что авторы предполагают, что они могут представлять собой тёмную материю, которую ищут астрономы. Авторы не обсуждают, какое влияние на нашу безопасность окажет Вселенная, усеянная такими маленькими чёрными дырами, которые, предположительно, иногда сталкиваются с планетами. Однако они отмечают, что меньшие чёрные дыры могли испариться посредством излучения Хокинга, во многих случаях ещё до того, как во Вселенной образовались водород и гелий, через секунды или минуты после EMDE, поэтому угроза может быть не столь велика.

Мы достаточно хорошо знаем о чёрных дырах, фотографируя их силуэты и наблюдая рябь от их слияний, что даже неспециалисты знакомы с их базовой концепцией. Бозонные звёзды изучены меньше, хотя предполагается, что они всё ещё существуют. Теоретически состоящие из частиц со спином 0 или 1, эти бозонные звёзды, если авторы правы, могли бы на короткое время осветить новорождённую Вселенную, прежде чем сколлапсировать в другие первичные чёрные дыры.

Звёзды-каннибалы кажутся ещё более сложными для представления, поскольку название может напоминать голодных потребителей других звёзд, что было проблемой до образования обычных звёзд. Однако звёзды-каннибалы — это название объектов, которые производят энергию путём аннигиляции материи и антиматерии, а не ядерного синтеза. Процесс аннигиляции гораздо эффективнее, чем термоядерный синтез, который превращает лишь небольшую часть материи в энергию, поэтому звёзды-каннибалы потенциально могут излучать гораздо более мощно. Тем не менее, авторы предсказывают, что если бы гало массы вокруг звезды-каннибала питало её, как они ожидают, масса возросла бы до такой степени, что она коллапсировала бы в ещё одну чёрную дыру.

Хотя авторы признают возможность того, что тепла звёзд-каннибалов было достаточно, чтобы предотвратить аккрецию массы и, следовательно, спасти их от превращения в чёрные дыры, довольно удивительно, что в этой модели хоть что-то из ранней Вселенной избежало этой участи. И всё же, что-то должно было произойти, чтобы мы существовали сегодня.