Ученые утверждают, что впервые удалось обнаружить первичную черную дыру

Фото из открытых источников

Первичные черные дыры — это особый тип черных дыр, которые, как считается, образовались из плотных скоплений субатомной материи в течение секунды после Большого взрыва, и новое исследование сообщает о том, что это может быть первое прямое наблюдение одной из них. На доказательство этого могут уйти годы, но сама перспектива захватывает дух. Результаты исследования будут опубликованы в одном из ближайших номеров журнала The Astrophysical Journal, а пока доступны на платформе arXiv.

Черные дыры обычно образуются в результате коллапса сверхновой звезды, но ученые долгое время считали, что первичные черные дыры могли существовать и в самые ранние моменты существования Вселенной, причем без участия звезды. Они всегда были теоретическими, но в последнее время появляется все больше свидетельств, указывающих на их существование.

Теперь астрофизики Альберто Магараджиа и Нико Каппеллути из Университета Майами обнаружили еще одну потенциальную первичную черную дыру с помощью лазерного интерферометра гравитационно-волновой обсерватории (LIGO), расположенной на двух площадках в штатах Вашингтон и Луизиана.

Гравитационные волны, которые регистрирует LIGO, представляют собой рябь в пространстве-времени и могут быть вызваны столкновением двух черных дыр. Сигнал, зафиксированный LIGO и исследованный учеными, показал столкновение, в котором один из объектов имел массу меньше одной солнечной массы (массы Солнца) – потенциально это первичная черная дыра.

«Наиболее распространенные черные дыры образуются в результате сверхновой, гибели массивной звезды», — говорит Каппеллути. «Поэтому их масса может варьироваться от нескольких масс Солнца до миллиардов солнечных масс».

С другой стороны, ожидается, что первичные черные дыры будут иметь гораздо меньшие массы.

«Мы считаем, что наше исследование поможет подтвердить, что первичные черные дыры действительно существуют», — говорит Каппеллути.

Для точного определения причины необходимы дальнейшие исследования сигнала, известного как S251112cm, но исследователи утверждают, что наиболее вероятным объяснением является существование параболической черной дыры с массой меньше солнечной.

Магараджиа и Каппеллути также провели расчеты ожидаемой частоты встречаемости первичных черных дыр в космосе и, исходя из этого, того, как часто LIGO может их обнаружить, — результаты совпали с данными LIGO с момента начала регистрации гравитационных волн в 2015 году.

«Мы попытались оценить, сколько первичных черных дыр может существовать во Вселенной и сколько из них LIGO сможет обнаружить», — говорит Магараджиа. «И наши результаты обнадеживают. Мы предполагаем, что субсолнечные черные дыры, подобные той, которую, возможно, наблюдал LIGO, действительно должны быть редкими, что согласуется с тем, как редко подобные события наблюдались до сих пор».

Подобно более распространенным, обычным черным дырам, первичные черные дыры не пропускают свет, что затрудняет их обнаружение. Также считается, что они меньше других черных дыр, в некоторых случаях, возможно, достигают размеров астероида.

Добавьте к этому сложности, связанные с изучением миллиардов лет прошлого, и мы действительно будем говорить о поиске иголок в космическом стоге сена. Однако, если их удастся обнаружить и нанести на карту, они могут помочь объяснить другое космическое явление: темную материю.

Подобно первичным черным дырам, темная материя также является гипотетической, но астрофизики считают, что она может составлять 85 процентов массы Вселенной и отвечать за удержание всего остального вместе. Хотя мы не можем непосредственно увидеть темную материю, подсказки о ее существовании можно найти в поведении пространства и времени вокруг нас.

Эксперты считают, что первичные черные дыры могут быть ответственны за большую часть темной материи. Изначально их было невероятно много, начиная с очень малых размеров, и затем они могли распространиться, заполнив бескрайние просторы космоса.

Нам потребуется обнаружить больше первичных черных дыр, чтобы подтвердить их существование, но это должно становиться все более вероятным по мере модернизации таких установок, как LIGO, и ввода в эксплуатацию новых приборов, таких как интерферометрическая космическая антенна (LISA) Европейского космического агентства, детектор гравитационных волн, запуск которого запланирован на 2035 год.

«LIGO обнаружила очень убедительные доказательства существования черных дыр такого типа, но нам потребуется обнаружить еще один подобный сигнал или даже несколько других, чтобы получить неопровержимое подтверждение их реальности», — говорит Каппеллути. «Совершенно очевидно, что их нельзя исключать из числа реальных».