Темная материя и Темная энергия

Может ли темная материя состоять из первичных черных дыр, столь же многочисленных, как звезды? Это старая и маловероятная теория, но она, как библейский Лазарь, вернулась в поле зрение ученых год назад, когда из-за открытия гравитационных волн возникло предположение, что космос изобилует неожиданно тяжелыми черными дырами. За десятилетия исследователям так и не удалось обнаружить гипотетические частицы темной материи, так что физики обратились к более радикальным способам объяснить недостающую массу Вселенной.

Марк Камионковски, теоретик из Университета Джона Хопкинса в Балтиморе, штат Мэриленд, чья команда представила новую идею на заседании Американского физического общества, с большим воодушевлением относится к изучению темной материи. Многие относятся к подобным предположениям скептически, что неудивительно — за долгие годы у физиков по-прежнему не так много фактической информации, на основании которой можно было бы строить гипотезы.

Обычные черные дыры образуются после коллапса отдельных звезд, и ученые полагали, что предельная масса примерно в 15 раз больше массы нашего Солнца. Сверхмассивные черные дыры, скрывающиеся в центре почти каждой галактики, поглощают миллиарды звезд. Однако астрофизики не видели, чтобы коллапсирующие звезды образовывали черные дыры промежуточных масс. Вот почему для всех стал неожиданностью тот факт, что с помощью LIGO в феврале 2016 года удалось засечь рябь в пространстве, вызванную слияние двух черных дыр, масс которых в 29 и 36 раз превосходит Солнце.

Теоретики говорят, что существует возможность формирования таких тяжелых черных дыр еще до появления первых звезд: речь идет о прямом распаде вещества в кипящую плазму частиц, которые наполнили космос сразу после Большого Взрыва. Если открытие LIGO не было просто статистическим искажением, то пространство может просто кишеть такими «первичными» черными дырами, что будет исчерпывающим объяснением того, куда подевалось 85% вещества во Вселенной.

Кроме того, такие образования должны были оставить след на космическом микроволновом слое (CMB). Рентгеновские лучи из материи, закрученной в черные дыры, должны были ионизировать некоторые первичные атомы, которые оставили бы свой след в CMB. Камионковски и его коллеги вычислили, что черные дыры, масса которых составляет от 20 до 100 солнечных масс, могут попадать под эту категорию. Однако Массимо Рикотти, космолог из Университета штата Мэриленд в Колледж-Парк, ранее сделавший серию расчетов с различными гипотезами, считает, что «очень сложно уместить всю темную материю в черные дыры, масса которых составляет 30 солнечных масс».

Тимоти Брандт, астрофизик из Института перспективных исследований в Принстоне, штат Нью-Джерси, говорит, что в этой теории существует и другой спорный аспект. Черные дыры тяжелее, чем 10 солнечных масс, уже давно должны были бы оказаться в центре малых галактик, разрывая звезды силой своей гравитации. Это, разумеется, привело бы к хаотизации и «вспениванию» центральной зоны самих галактик. Однако ученый исследовал 5 небольших галактик вблизи Млечного Путь и обнаружил, что все они компактны и стабильны, что, по мнению Брандта, является очень сильным аргументом против гипотезы Камионовски.