Черные дыры, которых не должно быть, могут объяснить всю темную материю

Японские исследователи выдвинули революционную идею о том, как найти неуловимую темную материю во Вселенной. Они предполагают, что загадочное вещество может состоять из древних черных дыр, которые образовались в первые секунды после Большого взрыва.

Эти так называемые первичные черные дыры долгое время считались маловероятными кандидатами на роль темной материи. Дело в том, что согласно теории Стивена Хокинга, черные дыры должны постепенно испаряться, излучая энергию. За 13,8 миллиарда лет, прошедших с момента рождения Вселенной, выжить могли бы только самые массивные объекты — тяжелее триллиона килограммов.

Однако в 2018 году грузинский физик-теоретик Гия Двали открыл так называемый эффект "бремени памяти". Суть его в том, что информация, накопленная черной дырой, стабилизирует ее и замедляет процесс испарения. Это означает, что даже относительно легкие первичные черные дыры массой до 10 миллионов килограммов могли дожить до наших дней.

Команда из Национальной астрономической обсерватории Японии под руководством Казунори Кори предложила искать эти объекты с помощью гравитационных волн . Когда первичные черные дыры формировались в ранней Вселенной, они должны были создать характерные возмущения пространства-времени, отголоски которых мы можем зафиксировать сегодня.

Ученые провели сложные расчеты и показали, что будущие космические обсерватории гравитационных волн смогут обнаружить эти сигналы. Речь идет о проектах LISA, японской DECIGO и европейской Big Bang Observatory, которые планируется запустить в ближайшие десятилетия.

Исследование впервые в мире предлагает конкретный способ подтвердить, что первичные черные дыры действительно являются темной материей. Частота ожидаемых гравитационных волн может достигать 30 мегагерц, что в тысячи раз выше возможностей современных детекторов вроде американских LIGO. Однако расчеты показывают, что в спектре должны быть и более низкочастотные компоненты, доступные для наблюдения.

Поиски темной материи с помощью ускорителей частиц, подземных детекторов и космических аппаратов пока не дали результатов. Если ситуация не изменится, физикам придется всерьез рассматривать "кошмарный сценарий" — темную материю, которая взаимодействует с обычным веществом только гравитационно. Первичные черные дыры как раз подходят под это описание.

Работа японской группы открывает новую страницу в изучении одной из главных загадок современной космологии. Если предсказания ученых подтвердятся, человечество получит принципиально новый инструмент для исследования темной стороны Вселенной.