Древние черные дыры можно обнаружить по остаткам поглощенных нейтронных звезд

Черная дыра в представлении художника

Идея о том, что во Вселенной существуют черные дыры ^[1], 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 ^[2]. 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 ^[3] необычный метод поиска древних черных дыр. Ученые предположили, что такие объекты вполне способны поглощать нейтронные звезды ^[4] (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 ^[5], 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 ^[6] — 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 ^[7], 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 ^[3]

Автор: marks

Источник ^[8]