Первичные черные дыры (ПЧД), образовавшиеся в огненном послесвечении Большого взрыва , являются одними из кандидатов на темную материю — загадочную невидимую субстанцию, составляющую 85% материи Вселенной.
Однако чрезвычайная крошечность этих гипотетических черных дыр означает, что до сих пор не было найдено никаких доказательств их существования. Теперь группа физиков, пишущих в декабрьском номере журнала Physics of the Dark Universe , предложила новое место для поиска подсказок — повсюду.
«Шансы найти эти сигнатуры невелики, но их поиск не потребует больших ресурсов, а потенциальная выгода — первое доказательство существования первичной черной дыры — будет колоссальной», — сказал в своем заявлении соавтор Деян Стойкович , профессор физики в Университете Буффало . «Мы должны мыслить нестандартно, поскольку то, что было сделано для поиска первичных черных дыр ранее, не сработало».
Черные дыры, как мы их знаем, рождаются из гравитационного коллапса умирающих звезд или газовых облаков. На протяжении всей своей жизни они могут поглощать материю и сливаться с другими черными дырами, раздуваясь до чудовищных, сверхмассивных масштабов.
Но первичные черные дыры — это совсем другие звери. Образованные из плотных карманов субатомной материи в первые доли секунды жизни вселенной, гипотетические сущности тяжелы как горы, но едва больше атома водорода. Это делает доказательство (или опровержение) их существования невероятно сложной задачей .
Чтобы помочь в охоте за этими экстремальными сущностями, физики, стоящие за новым исследованием, провели ряд расчетов, чтобы ограничить то, что астрономы должны искать при поиске объектов. Одна из идей, которую они предлагают, заключается в поиске планет и астероидов , которые захватили мини-черные дыры и стали выдолблены ими.
«Если объект имеет жидкое центральное ядро, то захваченная PBH может поглотить жидкое ядро, плотность которого выше плотности внешнего твердого слоя», — говорит Стойкович. После всасывания внутренностей планетоида крошечные черные дыры могут затем вырваться из планетарной оболочки после того, как удар другого космического камня вытолкнет ее на свободу.
Тогда, если выдолбленная порода относительно мала — примерно в одну десятую размера Земли — она могла бы сохраниться в качестве оболочки, которую астрономы могли бы заметить.
«Если он будет больше, он рухнет», — сказал Стойкович.
Но нам, возможно, даже не нужно смотреть в небо, чтобы найти доказательства существования мини-монстров. Исследователи также подсчитали, что произойдет, если первичная черная дыра, движущаяся на большой скорости, пронесется сквозь объект здесь, на Земле. Они обнаружили, что PBH массой 1,12 тонны (1019 килограммов) проложит туннель в 700 раз меньше ширины человеческого волоса, если на ее пути окажется неудачливый объект.
К счастью, исследователи отмечают, что это вряд ли приведет к заметному повреждению тканей человека.
«Если снаряд движется в среде быстрее скорости звука, молекулярная структура среды не успевает отреагировать», — говорит Стойкович. «Бросьте камень в окно, оно, скорее всего, разобьется. Выстрелите в окно из пистолета, оно, скорее всего, просто оставит дыру».
Вероятность того, что это произойдет с кем-либо или чем-либо, также невероятно мала — расчеты исследователей показывают, что вероятность прохождения первичной черной дыры через валун возрастом в миллиард лет составляет 0,0001%. Это означает, что если мы хотим найти доказательства существования PBH, нам следует искать в материалах и зданиях, которые уже очень старые, отметили ученые.
Подобные попытки найти объекты, существование которых даже не доказано, можно легко отвергнуть, но исследователи говорят, что нетрадиционное мышление может иметь решающее значение для решения нерешенных проблем, которые десятилетиями терзают физику , и природа темной материи — лишь одна из них.
«Самые умные люди на планете работают над этими проблемами уже 80 лет и до сих пор не решили их», — сказал Стойкович. «Нам не нужно прямолинейное расширение существующих моделей. Вероятно, нам нужна совершенно новая структура».