Такие первичные черные дыры могут отвечать за всю темную материю Вселенной или некоторую ее часть, за некоторые из наблюдаемых гравитационно-волновых сигналов, а также служить зародышами сверхмассивных черных дыр, расположенных в центре нашей и других галактик.
Чтобы лучше понять первичные черные дыры, команда под руководством Александра Кусенко из Kavli IPMU, обратилась к изучению ранней Вселенной. Ранняя Вселенная была настолько плотной, что любая положительная флуктуация плотности величиной более 50 процентов могла привести к формированию черной дыры. Однако науке известно, что величины космологических возмущений, давших начало зародышам галактик, были намного меньше. Тем не менее, ряд процессов, протекавших в ранней Вселенной, мог привести к возникновению условий, благоприятствующих формированию черных дыр.
Одна из интригующих возможностей состоит в том, что первичные черные дыры могли формироваться из «дочерних Вселенных» в ходе инфляции, периода стремительного расширения Вселенной, который, как считается, дал начало основным структурам, наблюдаемым в современном мире, таким как галактики и скопления галактик. Относительно малые дочерние Вселенные коллапсировали с выделением большого количества энергии в небольшом объеме и формировали таким образом черные дыры, пояснили авторы. Большие дочерние Вселенные испытывали инфляционное расширение, однако, согласно положениям теории относительности Эйнштейна, после расширения они становились огромными лишь для внутреннего наблюдателя, в то время как для внешнего наблюдателя – то есть нас с вами – эти дочерние Вселенные также должны были представляться черными дырами, добавили они.
В своей работе команда Кусенко описала новый сценарий формирования первичных черных дыр и показала, что черные дыры, формирующиеся по сценарию Мультивселенной, могут быть обнаружены при помощи камеры Hyper Suprime-Cam (HSC) 8,2-метрового телескопа «Субару». Уникальность данной камеры состоит в том, что она может делать подробные снимки всей галактики Андромеда целиком – и если в это время перед одной из звезд галактики проходит первичная черная дыра, то становится возможным определение массы такой черной дыры. Ранее команда из Kavli IPMU уже сообщала в опубликованном исследовании (Takada et. al., 2019, Nature Astronomy 3, 524-534) об интригующем новом кандидате на роль первичной черной дыры, обнаруженном при помощи камеры HSC.
aboutspacejornal.net, 1 января 2021
https://aboutspacejornal.net/2021/01/01/первичные-черные-дыры-и-поиски-темной/
журнал Physical Review Letters. 2020
Александр Кусенко из Kavli IPMU,
Глава 11-18-8
Исследование исключает первичные черные дыры из кандидатов на роль темной материи
Декабрь 2022
Ученые из Женевского университета, Римского университета Сапиенца и NICPB недавно провели теоретическое исследование, в котором рассматривалась гипотеза о том, что изначально сгруппированные могут быть кандидатами в темную материю. Статья была опубликована в журнале Physical Review Letters.
Ученые предполагают, что в течение доли секунды до образования Вселенной пространство не было полностью однородным, поэтому более плотные и горячие области могли коллапсировать в черные дыры. В зависимости от того, когда именно они были сформированы в течение этой доли секунды, эти ПЧД могли иметь разные массы и связанные с ними характеристики.
Некоторые физики считают, что ПЧД вносят значительный вклад в прогнозируемое изобилие темной материи во Вселенной. Наблюдения гравитационных волн, собранные в рамках сотрудничества LIGO-Virgo-KAGRA, и ограничения, установленные этими наблюдениями, предполагают, что это крайне маловероятно.
Тем не менее, некоторые исследования показали, что кластеризация ПЧД во время их формирования может изменить скорость их слияния, что потенциально позволит получить значения в пределах ограничений, установленных LIGO-Virgo-KAGRA. Эта кластеризация также потенциально повлияла бы на существующие ограничения микролинзирования, поскольку кластеры ПЧД будут действовать как массивная одиночная линза, которую нельзя изучать с помощью исследований микролинзирования.