Главная Наука и технологии Первичные черные дыры назвали самым простым объяснением загадок космологии

Первичные черные дыры назвали самым простым объяснением загадок космологии

Комментарии к записи Первичные черные дыры назвали самым простым объяснением загадок космологии отключены
0
4

Александр Долгов из Новосибирского государственного университета обратился к проблеме избытка черных дыр в ранней Вселенной и, отталкиваясь от последних наблюдательных данных, пришел к выводу, что такой избыток связан с первичными черными дырами, впервые предсказанными Новиковым и Зельдовичем еще в советское время. Чтобы объяснить этот избыток, Долгов обращается к механизму, впервые обозначенному еще в статье 1967 года. С текстом соответствующей работы можно ознакомиться на сервере препринтов Корнелльского университета.

Исследователь отмечает, что стандартная космологическая модель предполагала, будто на формирование большого количества звезд, черных дыр и тяжелых элементов (и дыры, и тяжелые элементы образуются из звезд) потребуется заметное время, и, соответственно, в ранней Вселенной их будет довольно мало. Однако астрономические наблюдения последних лет показали совсем иную картину.

Уже сегодня известно около 40 квазаров (объектов, в центре которых находятся сверхмассивные черные дыры) на красном смещении меньше z=6. Такое красное смещение соответствует возрасту событий в 12,9 миллиарда лет и менее. Что особенно удивляет, масса черных дыр в центрах таких квазаров — до миллиардов масс Солнца, что в сотни раз выше, чем у Стрельца А* — сверхмассивной черной дыры в центре нашей Галактики. Но нашей Галактике многие миллиарды лет, а 12,9 миллиарда лет назад и всей Вселенной не было миллиарда лет. Когда эти десятки черных дыр успели набрать такую огромную массу? Ни одна существующая сегодня модель роста черных дыр не показывает, что такой быстрый рост вообще возможен. Аккреционный диск, через который черная дыра захватывает вещество, позволяет ей расти никак не быстрее миллионов масс Солнца за миллиард лет. Сходные проблемы наблюдаются и с галактиками: самые молодые из них образовались через 400 миллионов лет после Большого взрыва, хотя в теории за это время просто не могло образоваться достаточное количество звезд.

Большие проблемы возникают не только с объектами ранней Вселенной, но с существующими ныне. В современных эллиптических галактиках массы черных дыр иной раз превышают десяток миллиардов масс Солнца. Ни одна модель поглощения материи черной дырой не показывает возможности набора ею такой массы за срок, равный 15 миллиардам лет. Однако и этот срок больше, чем время жизни нашей Вселенной.

Другой проблемой являются недавние открытия слияний черных дыр, сделанные с помощью гравитационных детекторов LIGO. Большинство известных на сегодня кандидатов — пары черных дыр, массивнее 30 масс Солнца. Не так просто представить себе, как такие пары могли бы появиться. Дело в том, что если они образовались из массивных звезд, то все модели эволюции пар массивных звезд указывают на то, что одна из них должна стать черной дырой быстрее другой — и затем «обокрасть» второе светило, перетянув на себя материю из его внешних слоев, после чего вторая звезда по идее уже не должна стать черной дырой, тем более имеющей массу от 30 солнечных и выше.

Чтобы объяснить весь этот набор данных, слабо совместимых со Стандартной моделью космологии, Долгов предлагает обратиться к конкреции первичных черных дыр. Впервые возможность их существования была предсказана Зеельдовичем и Новиковым в 1960-х годах. В ее рамках сразу после Большого взрыва, когда давление и температура во Вселенной были еще достаточно высокими, колебания в плотности распределения материи были весьма высокими — настолько, что ее плотность в ряде точек могла быть достаточной для коллапсирования в черные дыры.

Согласно Долгову, такие первичные черные дыры могут решить сразу несколько проблем современной космологии. Во-первых, если они есть, то должны быть распределены не так, как распределены звезды и газ/пыль в галактиках, а более равномерно, поскольку неоднородности в первичном распределении материи должны были быть распределены сравнительно равномерно. То есть первичных черных дыр должно быть много на окраинах галактик, в районах, которые принято называть галактическим гало. Там они могут играть роль того, что астрономы сейчас называют темной материй, — раскручивать периферийные области галактик. Это объяснило бы то, почему никаких частиц темной материи в целом ряде экспериментов найти так и не удалось.

Кроме того, концепция первичных черных дыр может объяснить эволюцию галактик. Как отмечает автор, эллиптические галактики большой массы имеют, как правило, центральные черные дыры массой в миллиарды масс Солнца, а спиральные, типа нашей, — лишь в миллионы масс Солнца. Возможно, предполагает он, форма галактик определяется тем, какая первичная черная дыра оказалась в ее центре в ранней Вселенной: там, где дыра была массивнее, возникла эллиптическая галактика. Там, где менее массивной, — спиральная.

Естественно, в таком сценарии легко объяснить и существование пар черных дыр, слияние которых регистрирует LIGO, — это просто первичные черные дыры умеренных масс. Ясно и то, откуда в ранней Вселенной менее чем через миллиард лет после Большого взрыва появились квазары с черными дырами в миллиарды масс Солнца. Естественно, что если какие-то первичные черные дыры имели особо большую массу, то они могли быть сверхмассивными уже в самом начале своей истории. Понятно и то, почему галактики во Вселенной появляются в первые сотни миллионов лет после Большого взрыва — «семена» в виде первичных черных дыр должны были бы резко ускорить эволюцию галактик, собирая своим тяготением вещество из окружавшего их пространства.

Источник

Загрузить больше публикаций
Загрузить еще от Денис Владимиров
Загрузить еще в Наука и технологии
Комментарии закрыты