Черные дыры, пожалуй, самые удивительные объекты во Вселенной. Это объекты (технически, области пространства-времени), настолько массивные, что их гравитационные поля не позволяют ничему, даже частицам или свету, вырваться наружу. Черные дыры интригуют по ряду причин — во-первых, они настолько экстремальны, что проверяют само наше понимание физики, и они формируют планеты, звезды и галактики вокруг них. Некоторые даже предполагают, что наша Вселенная могла быть рождена из черной дыры, и, хотя в этой идее есть немало предположений, она просто показывает, как мало мы на самом деле понимаем об этих объектах. Итак, образовались ли черные дыры сразу после Большого взрыва или нет?
Когда именно впервые образовались черные дыры?
В первые дни существования Вселенной был полный бардак — в буквальном смысле. После Большого взрыва Вселенная представляла собой горячий суп из частиц, и только когда она немного остыла, частицы (протоны и нейтроны) смогли сформировать первые атомы водорода. Однако спустя несколько сотен миллионов лет после Большого взрыва сформировались первые звезды, но когда именно образовались эти звезды, до сих пор остается загадкой, и то же самое можно сказать о черных дырах.
Мы до сих пор не знаем, как образовались первые черные дыры или когда они образовались. Новое исследование заключает, что если они стали такими большими, какими кажутся сегодня, они могли появиться сразу после образования Вселенной.
Черные дыры обычно образуются из остатков большой звезды, погибшей в результате взрыва сверхновой. Возраст самой старой черной дыры, о которой мы знаем, составляет 13,80 миллиарда лет, она образовалась всего через 690 миллионов лет после Большого взрыва. Это также массивная черная дыра, масса которой в 800 миллионов раз превышает массу Солнца.
Это озадачивает. Как так рано во Вселенной образовалась такая массивная черная дыра, из чего она образовалась? Кроме того, маловероятно, что мы нашли самую старую черную дыру, возможно, есть еще более старые, и наше нынешнее понимание Вселенной изо всех сил пытается объяснить что-то подобное. Между тем, на другом конце шкалы могут быть небольшие ранние черные дыры (как подчеркнуто наблюдениями Gaia ЕКА ). Эти черные дыры кажутся слишком маленькими, чтобы образоваться из звезд, так как же именно они образовались?
Черные дыры разного размера до сих пор остаются загадкой
«Черные дыры разного размера до сих пор остаются загадкой. Мы не понимаем, как сверхмассивные черные дыры могли стать такими огромными за относительно короткое время с момента существования Вселенной», — объясняет Гюнтер Хасингер, автор недавнего исследования первых дней существования черных дыр.
Хасингер и его коллеги считают, что эти дилеммы можно объяснить с помощью так называемых «первичных черных дыр», и эти черные дыры сами могут быть пока еще необъяснимой темной материей.
«Наше исследование показывает, что без введения новых частиц или новой физики мы можем разгадать загадки современной космологии — от природы самой темной материи до происхождения сверхмассивных черных дыр», — говорит Нико Каппеллути.
Если эти первичные черные дыры образовались сразу после Большого взрыва, то они возникли из некоторых областей пространства, которые были достаточно плотными, чтобы подвергнуться гравитационному коллапсу. Эти черные дыры должны были поглотить газ и другие звезды, расти и сливаться, чтобы стать сверхмассивными черными дырами, которые мы видим сегодня в центре галактик. Маленькие черные дыры были бы просто первичными черными дырами, которые не слились с другими.
Однако экспериментальных данных, подтверждающих эту модель, пока нет. Эти ранние слияния черных дыр должны были дать сигнал, и будущая космическая обсерватория гравитационных волн Европейского космического агентства, LISA , могла бы уловить эти сигналы.
Недавно запущенный космический телескоп Джеймса Уэбба также может обнаружить контрольные признаки этих первичных слияний черных дыр.
«Если первые звезды и галактики уже сформировались в так называемые «темные века», Уэбб должен увидеть их свидетельства», — добавляет Хасингер.
