Концепція темної матерії пояснює багато астрофізичні явища, проте виявити її частки – якими б вони не були – на практиці до цих пір не вдається. Але, може, ми просто не там шукаємо? Відповідно до нової гіпотези, темна матерія – це лише один із проявів фізики чорних дір.
Ще в 2005 році Олександр Кашлінскій (Alexander Kashlinsky), що працює в Центрі космічних польотів Годдарда NASA, вивчив дані інфрачервоного космічного телескопа Spitzer і виявив в них сліди вогнів, що відносяться до неймовірною давнину – більше 13 млрд років тому. Це можуть бути і зірки перших поколінь, і матеріал, що падає в первинні чорні діри – ті, які з’явилися не з зірок, а безпосередньо з газопилового речовини молодому Всесвіті. Щоб з’ясувати, що ж послужило джерелом цього світла, в 2013 році такі спостереження для невеликої ділянки неба були зіставлені з даними рентгенівського телескопа Chandra.
Знімок невеликої частини неба в сузір’ї Великої Ведмедиці, отриманий телескопом Spitzer в ІК-діапазоні / © NASA / JPL-Caltech / A. Kashlinsky (Goddard)
Ідея полягала в тому, що випромінювання перших зірок за мільярди років повинно було зміститися з видимого і ультрафіолетового діапазону в інфрачервоний, і якщо світло давали зірки, то на рентгенівських даних їх практично не повинно бути видно. Але первинні чорні діри (ПЧД) випромінювали в ширшому діапазоні, так що повинні зберегтися видимими і в рентгені.Власне, це і сталося: рентгенівські знімки добре збіглися з даними в інфрачервоному діапазоні, вказавши, що як мінімум кожним п’ятим джерелом випромінювання в ранньому Всесвіті були ПЧД.
Передбачається, що «зародки» ПЧД виникли з флуктуацій неймовірно розпеченого і щільного речовини новонародженої Всесвіту, частки секунди після Великого вибуху. Теоретичні розрахунки показують, що все залежало від лічених секунд: поява дірок сталося майже одночасно, і розміри їх спочатку повинні були опинитися приблизно однаковими. Причому чим пізніше вони з’явилися, тим більшими в середньому мали бути.
У вересні 2015 року детектори LIGO вперше в історії зареєстрували гравітаційні хвилі, які прийшли до нас від пари зливаються чорних дір, розташованих в 1,3 млрд світлових років від Землі. Їх маси були оцінені в 29 і 36 мас Сонця – підозріло близькими один до одного. Це дозволяє припустити, що ці діри з’явилися ще на перших етапах життя Всесвіту разом з іншими ПЧД.
Той же ділянку неба: з зображення вирахувано все випромінювання, що відноситься до відомих зірок, галактик і т. П. Що залишився ІК-фон – випромінювання перших об’єктів молодому Всесвіті / © NASA / JPL-Caltech / A. Kashlinsky (Goddard)Висуваючи таку гіпотезу, Олександр Кашлінскій у своїй новій роботі міркує про можливі її наслідки для сучасної космологічної картини. Стаття опублікована в журналі Astrophysical Journal Letters . Вчений розглядає гіпотезу, згідно з якою ПЧД можуть служити темною матерією Всесвіту.
Поки що темна матерія сама залишається гіпотетичною. Вона дозволяє пояснити ряд гравітаційних ефектів, які спостерігаються в космосі, але не можуть пояснюватися присутністю звичайної матерії, з якої складені зірки і ми самі. Передбачається, що за освіту галактик і за деякі інші ефекти відповідальна якась особлива, прихована матерія, на яку припадає в кілька разів більша за масу, ніж на видиме речовина. Вважається, що її частинки не вступають зі звичайними ні в яке взаємодія, крім гравітаційного, і тому вони залишаються невидимими. Однак всі спроби виявити їх – або хоча б непрямі свідчення існування таких частинок – поки закінчуються нічим.
Тому одним з альтернативних поглядів на проблему прихованої маси Всесвіту є ПЧД, тяжіння яких теоретично може грати роль темної матерії. Справа в тому, що в перші півмільярда років Всесвіт була дуже щільною і розпеченій, речовина в ній ще не могло утворювати зірки.Вважається, що темна матерія до температури нечутлива, і її частки могли зливатися за рахунок звичайних гравітаційних сил, утворивши «зародки» -гало, які в майбутньому послужили центрами концентрації звичайної речовини і народження першого покоління зірок і галактик.
У своїй новій статті Кашлінскій показує, що більшість з гало темної матерії в ранньому Всесвіті могли коллапсировать, утворивши первинні чорні діри. В цьому випадку процес появи зірок розвивався швидше, а результат його краще узгоджується з даними Spitzer і Chandra. Якщо такі ПЧД, що народилися не з великих зірок, а прямо з речовини молодому Всесвіті, збереглися до нашого часу в достатній кількості, їх тяжіння цілком може пояснювати все ті ефекти, які ми звикли відносити до невидимої темної матерії.
