Крошечные черные дыры могли создать свой собственный Большой взрыв

Крошечные черные дыры, возможно, оказали большое влияние на раннюю Вселенную. Физики предполагают, что большая популяция маленьких черных дыр могла затопить молодой космос частицами и излучением, создав свой собственный Большой взрыв, основанный на черных дырах. На данный момент существует только один подтвержденный способ создания черных дыр. Вы должны начать с массивной звезды, а затем позволить ей умереть. Ближе к концу жизни его ядро разрушается под собственным весом.

Без какой-либо другой силы, способной противостоять этому давлению, он продолжает сжиматься в бесконечно маленькую точку: сингулярность. Астрономы считают, что именно так возникли все черные дыры во Вселенной, от звездных масс, населяющих каждую галактику, до сверхмассивных черных дыр, которые находятся в галактических ядрах.

Но может быть и другой путь. Ранняя Вселенная была хаотичной и энергичной, особенно после инфляции, гипотетического события, которое вызвало невероятное расширение, которое раздуло нашу Вселенную до огромных размеров менее чем за секунду. Когда инфляция закончилась, само пространство-время сотряслось и завибрировало от высвободившихся сдерживаемых энергий.

Вселенная могла стать настолько агрессивной, что случайные очаги пространства-времени могли спонтанно достичь критических порогов по плотности и размеру, тем самым спровоцировав образование «изначальных» черных дыр, которые затопили Вселенную.

Астрономы десятилетиями охотились за первичными черными дырами, которые изначально были предложены Стивеном Хокингом, или, по крайней мере, исключали их возможность. Бесчисленные наблюдения объявили поиск пустым, поскольку любые черные дыры размером более миллиарда граммов (около массы типичной горы на Земле) повлияли бы на последующую эволюцию Вселенной и нарушили бы известные наблюдения.

Задержка развития

Но не многие исследователи обращали внимание на меньшие черные дыры размером с гору, которые могли образоваться после инфляции. Поэтому группа физиков подробно изучила, как могут вести себя эти меньшие черные дыры и как мы можем их обнаружить. Они подробно описали свои выводы в статье, размещенной в онлайн-базе данных препринтов arXiv. Все черные дыры имеют конечное время жизни.

Благодаря Хокингу мы знаем, что черные дыры не совсем черные. Вместо этого они медленно испускают излучение посредством экзотического квантового процесса, происходящего на их горизонте событий. Этот процесс, известный как излучение Хокинга, невероятно медленный.

Типичная черная дыра звездной массы испускает только одну частицу излучения каждый год. Но меньшие черные дыры испускают излучение с большей скоростью. Эти меньшие первичные черные дыры не прожили бы долго, поскольку излучение Хокинга заставило бы их испариться всего за несколько минут.

Это было задолго до следующей значительной эпохи в истории Вселенной, образования первых элементов. Таким образом, эти черные дыры могли бы избежать текущих ограничений наблюдения, потому что они достаточно рано покинули сцену. Но мы все еще можем найти способы обнаружить маленькие первичные черные дыры, как подробно описали исследователи в своей статье.

Наиболее заметное влияние заключается в том, что эти черные дыры могли задержать эволюцию Вселенной. Наш космос постоянно расширяется. Так что после инфляции плотность материи и излучения быстро упала, так как весь этот материал растворялся в постоянно растущем объеме. Но первичные черные дыры могли предотвратить эту типичную эволюцию.

Как только они сформировались, они начали бы излучать излучение Хокинга, превращая свою массу в излучение. Физики объяснили, что эти маленькие черные дыры могли добавить дополнительное излучение так же быстро, как Вселенная его разбавила, тем самым поддерживая постоянную плотность в первые несколько минут после Большого взрыва.

Первобытные инстинкты

Этот сценарий поместил бы вселенную в своего рода «стазис», приостановив нормальную эволюцию космоса, обусловленную расширением, пока черные дыры делали бы свое дело.

Исследователи обнаружили, что это позволило бы черным дырам оказывать ряд воздействий на Вселенную, не нарушая никаких известных наблюдений. Они рождаются, делают что-то интересное, пока Вселенная стоит на паузе, и исчезают, а остальная космическая история разворачивается нормально.

Например, испарение этих первичных черных дыр могло быть причиной заполнения Вселенной темной материей или темной энергией. Или они, возможно, запустили процесс бариогенеза, вынуждая Вселенную иметь больше материи, чем антиматерии.

И первичные черные дыры также могли затопить Вселенную уникальной сигнатурой гравитационных волн, которые представляют собой рябь в пространстве-времени.

Нынешние детекторы гравитационных волн не обладают достаточной чувствительностью для обнаружения этих гравитационных волн, но будущие космические детекторы, такие как космическая антенна лазерного интерферометра, запуск которой запланирован на следующее десятилетие.