Первичные чёрные дыры предложено отслеживать по реликтовому излучению
Первичные чёрные дыры предложено отслеживать по реликтовому излучению
Кажется, нет ничего дальше от реальности, чем попытки обнести чёрную дыру зеркальной стеной. Но именно такая ситуация, судя по всему, могла и впрямь сложиться вокруг чёрных дыр в самом начале истории Вселенной.

В 1974 году физики-теоретики Уильям Пресс (William Press) и Саул Тукольски (Saul Teukolsky) выдвинули идею: если чёрная дыра (ЧД) вращается с достаточной быстротой, свет в меру большой длины волны, проходящий поблизости от неё, будет рассеян дырой, а не поглощён. Далее ЧД можно окружить чем-то вроде зеркала, от которого эти световые волны будет отражаться, а затем рассеиваться дырой ещё раз, потом отражаться, и так далее — как в обычном лазере, усиливаясь за счёт энергии вращения чёрной дыры. Поскольку такая энергия довольно велика, единожды убрав зеркало на одном из направлений, можно получить очень мощный импульс.

Вам кажется, что попытки окружить ЧД зеркальной стеной — это нечто невообразимое? Между тем, по мнению Абрахама Лёба (Abraham Loeb) из Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики (США), именно такая ситуация могла сложиться вокруг чёрных дыр в начале времён.

Чёрнодырная бомба? (Иллюстрация Stuart Daly.)
Чёрнодырная бомба? (Иллюстрация Stuart Daly.)

Его концепция касается так называемых первичных (или изначальных) чёрных дыр — объектов третьего класса, не являющихся ни ЧД звёздных масс, ни сверхмассивными. Подобные ЧД должны были образовываться в ранней Вселенной в местах, где плотность материи была слишком высокой, без таких процессов, как коллапс звезды. То есть схлопываться в первичные ЧД должны были особо насыщенные газом области юной Вселенной, устраивая что-то вроде «Большого взрыва наоборот», только в ограниченном регионе пространства...

Если эти первичные ЧД — пространственно микроскопические и пока не обнаруженные наблюдениями, — и существовали, то основная их масса должна быть невелика — от самых лёгких, по массе меньших, чем Луна, до тех, что чуть побольше (вплоть до габаритов холодильника) и имеют массу Юпитера.

Собственно говоря, вы уже поняли, куда гнёт американский исследователь. А что если, спрашивает он, такие первичные ЧД и есть реальные явления, стоящие за словосочетанием «тёмная материя»? Чтобы объяснить наблюдаемую Вселенную корректно, такая масса должна быть примерно в 5,5 раза больше, чем у всей обычной барионной материи, такой как звёзды, газ, пыль и прочее. Следовательно, физики, ныне ищущие вимпы и иные частицы-кандидаты на роль тёмной материи (ТМ), согласно Абрахаму Лёбу, лезут не на то дерево. «Субатомные частицы предсказываются спекулятивными теориями физики частиц, в то время как ЧД определённо существуют и могут иметь разные массы, — говорит учёный. — Это не такой уж большой шаг вперёд — представить, что они могут отвечать и за ТМ».

Однако первичные ЧД должны порождать видимые астрономам события микролинзирования, скажете вы, а таких пока не слишком много. Опять же первичные ЧД должны испаряться гораздо быстрее более массивных современных, и в конце жизни они могут дать довольно сильную вспышку в гамма-диапазоне. Где же они? Тут и вступает в игру первый тезис г-на Лёба: в ранней Вселенной коллапс обычного вещества вряд ли был настолько симметричным, чтобы породить ЧД, которая не являлась бы вращающейся. А значит, стоит лишь окружить её зеркалом — и смертный час такой дыры будет выглядеть вовсе не так, как ожидали астрономы: вместо умеренной силы гамма-вспышки случится что-то вроде мощного взрыва, при этом ещё и направленного.

Да, но откуда в космосе брались зеркала, чтобы окружать ими первичные ЧД? Вернёмся к Большому взрыву, предлагает Абрахам Лёб. На каждые 10 млрд фотонов приходилась одна частица материи других типов — и там было довольно много электронов. Пока их частота выше частоты всех фотонов, которые электроны встретят на своём пути, плазма, содержащая электроны, будет отражать все фотоны, работая как зеркало, причём окружающее первичные ЧД со всех сторон.

Частота колебаний электронов зависит от их плотности в пространстве, и по мере расширения Вселенной неизбежно наступил бы момент, когда частота упала бы ниже критического уровня, нужного, чтобы удержать фотоны, — и вот вы уже наблюдаете чёрнодырную бомбу в действии.

Очевидно, если такие явления существуют, то их в принципе можно найти в окружающем космосе, даже несмотря на то, что момент падения частоты электронов может наступить в далёком прошлом Вселенной. Например, окрестности первичной ЧД после «выключения зеркала» должны прилично нагреться при взрыве, и всё это породит большие отклонения в спектре реликтового излучения, имеющего температуру 2,7 К и идущего к земному наблюдателю со всех сторон.

Один из физических нобелиатов-2006 Джон Мазер (John C. Mather), замечает: «У меня нет ни малейших идей о том, почему нечто подобное до сих пор никому не приходило в голову». Мол, «это довольно интересно».

Г-н Лёб и Ко уже провели быстрый первичный анализ реликтового излучения, надеясь выявить подобные отклонения от ожидаемой картины. Увы, действительно большие первичные ЧД таким образом выявить не удалось, и верхние ограничения по массе ещё существующих на сегодня первичных ЧД должны равняться 1% от ожидаемой массы тёмной материи.

Рано или поздно первичные ЧД должны были выдать сильную вспышку по типу лазерной. (Илл. Shutterstock.)
Рано или поздно первичные ЧД должны были выдать сильную вспышку по типу лазерной. (Илл. Shutterstock.)

Более того, даже если таких следов первичных ЧД по отклонениям реликтового излучения не удастся обнаружить вообще, сам механизм превращения вращающейся ЧД в эдакую бомбу, испускающую сверхмощное излучение, стоит держать в памяти. В самом деле: физики далеко не уверены, что знают все частицы окружающего мира. И при определённых условиях некие пока неведомые частицы, по свойствами близкие к фотонам, могут создать подобный эффект сверхмощной вспышки на базе достоверно существующих современных нам вращающихся чёрных дыр, среди которых есть и сверхмассивные.

Ну а если наблюдения всё же выявят аномальные отклонения, связанные с первичными ЧД, или, напротив, покажут их отсутствие, это станет совершенно новым методом проверки существования первичных чёрных дыр в ранней Вселенной, чего ранее предложенными методами сделать было почти невозможно. Источник: Shutterstock
Опубликовано 14 февраля 2014 | Прочтений 1758

Комментарии
Периодические издания






Информационная рассылка:

Рассылка The X-Files ... все тайны эпохи человечества



Электронный журнал:

THE X-FILES...
Все тайны эпохи человечества