Что, если тёмная материя состоит из чёрных дыр? 0:00
Тёмная материя остаётся одной из самых загадочных составляющих Вселенной, формируя около 80% её массы. Хотя большинство учёных ищут ответы в новых элементарных частицах или модификации теории гравитации Эйнштейна, ведущий канала PBS Space Time Мэтт О'Дауд предлагает рассмотреть более радикальную и при этом пугающе простую гипотезу: возможно, тёмная материя — это просто гигантские рои чёрных дыр.
Почему чёрные дыры — идеальные кандидаты? 1:06
Чёрные дыры обладают свойствами, которые делают их подходящими претендентами на роль скрытой массы Вселенной:
- Гравитационное влияние: Они невидимы в обычном понимании, но проявляют себя через мощное гравитационное воздействие.
- Реальность существования: В отличие от многих экзотических частиц, наличие чёрных дыр уже доказано астрофизическими наблюдениями.
- Распределение: Чтобы объяснить тёмную материю, чёрные дыры должны составлять обширные гало вокруг галактик, превышающие по размеру видимые спиральные диски, и превосходить общую массу всех атомов во Вселенной в четыре раза.
Однако возникает ключевой вопрос: какова масса каждой отдельной чёрной дыры? Чтобы набрать необходимую массу тёмной материи, их может быть либо относительно немного (огромных), либо колоссальное количество (микроскопических).
Исключение «звёздного наследия» 3:00
Прежде чем анализировать спектр масс, необходимо исключить чёрные дыры, возникшие из погибших звёзд. По словам Мэтта О'Дауда, астрономические данные указывают на то, что звёзд, взорвавшихся как сверхновые за всю историю космоса, недостаточно, чтобы обеспечить нужное количество чёрных дыр для объяснения всей тёмной материи.
Более того, тёмная материя влияла на структуру Вселенной ещё до формирования первых звёзд — это подтверждается данными о реликтовом излучении. Если чёрные дыры и являются тёмной материей, то они должны были возникнуть в самом начале времён.
Гипотеза о первичных чёрных дырах 4:33
Учёные называют гипотетические чёрные дыры, возникшие сразу после Большого взрыва, первичными чёрными дырами. Основной механизм их образования — коллапс плотных областей ранней Вселенной под действием сильных флуктуаций плотности. Диапазон масс таких объектов может варьироваться от веса песчинки до десятков тысяч солнечных масс.
Для проверки этой гипотезы исследователи последовательно «закрывают» окна в спектре масс:
- Сверхмассивные чёрные дыры: Имеют массы в миллионы и миллиарды солнц и концентрируются в центрах галактик, поэтому не могут быть тёмной материей.
- Микроскопические чёрные дыры (менее миллиарда тонн): Они уже должны были испариться из-за излучения Хокинга.
- Чёрные дыры массой с астероид или луну: Их потребовалось бы такое огромное количество (в миллиарды раз больше, чем звёзд), что они разрушали бы белые карлики и нейтронные звёзды, вызывая сверхновые типа 1a. Учитывая редкость таких взрывов, этот вариант маловероятен.
Линзирование и «MACHOs» 7:45
Для объектов массой с планету или звезду основным методом поиска является гравитационное микролинзирование — усиление света от далёких источников при прохождении перед ними массивного объекта. Эти объекты называют массивными компактными объектами гало (MACHOs).
Исследования, проводимые на горе Стромло (Австралия) и наблюдения за Магеллановыми Облаками, показали:
- Микролинзирование подтверждает, что чёрные дыры массой от лунной до 10 солнечных не являются основным компонентом тёмной материи.
- Около 20% массы гало Млечного Пути действительно могут составлять компактные тёмные объекты, но доказательств того, что это именно чёрные дыры (а не, например, коричневые карлики или другие объекты), пока нет.
Оставшиеся возможности и выводы 9:43
Для чёрных дыр промежуточной массы (от десятков до тысяч солнечных) учёные анализируют структуру карликовых галактик и стабильность двойных звёздных систем. Если бы таких объектов было много, они бы либо скапливались в центре галактик, либо разрушали двойные системы.
По мнению Мэтта О'Дауда, большинство окон в спектре масс закрыты, и маловероятно, что тёмная материя целиком «спряталась» в узких, ещё не изученных промежутках. Вероятнее всего, тёмная материя — это нечто совершенно иное, что ещё предстоит открыть физике будущего. В завершение он упоминает экзотическую гипотезу о «планковских реликтах» — сверхплотных остатках испарившихся чёрных дыр, которые практически невозможно обнаружить.
