Темную материю предложили искать в черных дырах

Еще в 2005 году Александр Кашлинский (Alexander Kashlinsky), работающий в Центре космических полетов Годдарда NASA, изучил данные инфракрасного космического телескопа Spitzer и обнаружил в них следы огней, относящихся к невообразимой древности – более 13 млрд лет назад. Это могут быть и звезды первых поколений, и материал, падающий в первичные черные дыры – те, которые появились не из звезд, а напрямую из газопылевого вещества молодой Вселенной. Чтобы выяснить, что же послужило источником этого света, в 2013 году такие наблюдения для небольшого участка неба были сопоставлены с данными рентгеновского телескопа Chandra.

Идея состояла в том, что излучение первых звезд за миллиарды лет должно было сместиться из видимого и ультрафиолетового диапазона в инфракрасный, и если свет давали звезды, то на рентгеновских данных их практически не должно быть видно. Но первичные черные дыры (ПЧД) излучали в более широком диапазоне, так что должны сохраниться видимыми и в рентгене. Собственно, это и произошло: рентгеновские снимки хорошо совпали с данными в инфракрасном диапазоне, указав, что как минимум каждым пятым источником излучения в ранней Вселенной были ПЧД.

Предполагается, что «зародыши» ПЧД возникли из флуктуаций невероятно раскаленного и плотного вещества новорожденной Вселенной, доли секунды спустя после Большого взрыва. Теоретические расчеты показывают, что все зависело от считанных мгновений: появление дыр произошло почти одновременно, и размеры их поначалу должны были оказаться примерно одинаковыми. Причем чем позднее они появились, тем более крупными в среднем должны были быть.

В сентябре 2015 года детекторы LIGO впервые в истории зарегистрировали гравитационные волны, пришедшие к нам от пары сливающихся черных дыр, расположенных в 1,3 млрд световых лет от Земли. Их массы были оценены в 29 и 36 масс Солнца – подозрительно близкими друг к другу. Это позволяет предположить, что эти дыры появились еще на первых этапах жизни Вселенной вместе с другими ПЧД.

Выдвигая такую гипотезу, Александр Кашлинский в своей новой работе рассуждает о возможных ее следствиях для современной космологической картины. Статья опубликована в журнале Astrophysical Journal Letters. Ученый рассматривает гипотезу, согласно которой ПЧД могут служить темной материей Вселенной.

Пока что темная материя сама остается гипотетической. Она позволяет объяснить ряд гравитационных эффектов, которые наблюдаются в космосе, но не могут объясняться присутствием обычной материи, из которой сложены звезды и мы сами. Предполагается, что за образование галактик и за некоторые другие эффекты ответственна некая особая, скрытая материя, на которую приходится в несколько раз больше массы, чем на видимое вещество. Считается, что ее частицы не вступают с обычными ни в какое взаимодействие, помимо гравитационного, и поэтому они остаются невидимыми. Однако все попытки обнаружить их – или хотя бы косвенные свидетельства существования таких частиц – пока заканчиваются ничем.

Поэтому одним из альтернативных взглядов на проблему скрытой массы Вселенной являются ПЧД, притяжение которых теоретически может играть роль темной материи. Дело в том, что в первые полмиллиарда лет Вселенная была слишком плотной и раскаленной, вещество в ней еще не могло образовывать звезды. Считается, что темная материя к температуре нечувствительна, и ее частицы могли сливаться за счет обычных гравитационных сил, образовав «зародыши»-гало, которые в будущем послужили центрами концентрации обычного вещества и рождения первого поколения звезд и галактик.

В своей новой статье Кашлинский показывает, что большинство из гало темной материи в ранней Вселенной могли коллапсировать, образовав первичные черные дыры. В этом случае процесс появления звезд развивался быстрее, а результат его лучше согласуется с данными Spitzer и Chandra. Если такие ПЧД, родившиеся не из крупных звезд, а прямо из вещества молодой Вселенной, сохранились до нашего времени в достаточном количестве, их притяжение вполне может объяснять все те эффекты, которые мы привыкли относить к невидимой темной материи.