На сайте Phys.org год назад была размещена статья "Черные дыры и темная материя — одно и то же?". См. также оригинальную публикацию в свободном доступе в журнале The Astrophysical Journal, на которую уже есть 16 ссылок.

Первичные черные дыры (ПЧД), образовавшиеся в первые мгновения после Большого взрыва — крошечные, размером с булавочную головку, и сверхмассивные, покрывающие миллиарды миль, — могут составлять всю темную материю во Вселенной.

Такова новая модель ранней Вселенной. Если данные космического телескопа Джеймс Уэбб подтвердятся, это открытие изменит представление ученых о происхождении и природе как темной материи, так и черных дыр.

Считается, что темная материя, которую никогда не наблюдали напрямую, составляет большую часть материи во Вселенной и действует как невидимые леса, на которых формируются и развиваются галактики. Физики потратили годы на тестирование различных кандидатов в темную материю, включая гипотетические частицы, такие как стерильные нейтрино, слабо взаимодействующие массивные частицы (WIMPS) и аксионы.

С другой стороны, черные дыры наблюдались. Черная дыра — это точка в пространстве, где материя настолько плотно сжата, что создает сильную гравитацию. Даже свет не может противостоять его притяжению. Черные дыры находятся в центрах большинства галактик.

Новое исследование восходит к теории, впервые предложенной в 1970-х годах физиками Стивеном Хокингом и Бернардом Карром. В то время Хокинг и Карр утверждали, что в первые доли секунды после Большого взрыва крошечные флуктуации плотности Вселенной могли создать волнообразный ландшафт с «неровными» областями, обладающими дополнительной массой. Эти комковатые области схлопнутся в черные дыры. Хотя эта теория не получила поддержки в более широком научном сообществе, новое исследование предполагает, что, если ее немного изменить, она, в конце концов, может иметь объяснение.

Если бы большинство ПЧД «родились» с размером, примерно в 1,4 раза превышающим массу земного Солнца, они потенциально могли бы объяснить всю темную материю. Новая модель показывает, что первые звезды и галактики сформировались вокруг черных дыр в ранней Вселенной. Кроме того первичные черные дыры могли вырасти в сверхмассивные черные дыры, питаясь газом и звездами поблизости или сливаясь с другими черными дырами. ПЧД, если они действительно существуют, вполне могут быть семенами, из которых формируются все сверхмассивные черные дыры, включая ту, что находится в центре Млечного Пути.

Миссия телескопа Джеймс Уэбб заключается в том, чтобы найти первые галактики, сформировавшиеся в ранней Вселенной, и увидеть звезды, формирующие планетные системы.

Статья показывает, что без введения новых частиц или новой физики мы можем разгадать загадки современной космологии — от природы самой темной материи до происхождения сверхмассивных черных дыр.

ПЧД также могут решить еще одну космологическую загадку: избыток инфракрасного излучения, синхронизированного с рентгеновским излучением, которое было обнаружено от далеких тусклых источников, разбросанных по Вселенной. Учёные говорят, что растущие ПЧД будут иметь «точно» такой же радиационный след.

Лучше всего то, что существование первичных черных дыр может быть доказано или опровергнуто в ближайшем будущем благодаря космическому телескопу Джеймс Уэбб и миссии ESA Laser Interferometer Space Antenna (LISA), объявленной на 2030-е годы.

Если темная материя состоит из ПЧД, то в ранней Вселенной вокруг них должно было образоваться больше звезд и галактик — именно в ту эпоху, которую может увидеть телескоп Джеймс Уэбб. Тем временем LISA сможет улавливать сигналы гравитационных волн от ранних слияний первичных черных дыр.

Если первые звезды и галактики уже сформировались в так называемые «темные века», Уэбб сможет увидеть их свидетельства.