Черные дыры бывают разных видов, в зависимости от того, как они образованы.
Обычные черные дыры образуются, когда у звезд заканчивается топливо и они схлопываются сами по себе. Если звезда достаточно массивна, примерно в три-десять раз больше массы нашего Солнца, она образует черную дыру.
Другой тип — это сверхмассивные черные дыры, которые находятся в центре многих галактик и во много миллионов раз массивнее нашего Солнца. Существует множество свидетельств существования обоих этих типов черных дыр.
Кроме того, существуют первичные черные дыры, гораздо более загадочные объекты, которые, как считается, образовались вскоре после Большого взрыва. Предполагается, что случайные колебания в распределении массы в ранней Вселенной должны были создать области, достаточно плотные, чтобы образовать черные дыры.
Однако до сих пор никто не знает, существуют ли на самом деле изначальные первичные черные дыры или нет. Астрономы просто не смогли собрать нужные доказательства об их существовании.
Тайна Большого взрыва
В 2016 году астрономы начали использовать детектор гравитационных волн под названием LIGO, который может измерять вибрацию Вселенной при столкновении двух далеких черных дыр. С тех пор они зафиксировали 47 столкновений между черными дырами самых разных масс. И это дало им интересную базу данных для изучения. Кстати, про измерение гравитационных волн была интересная статья.
Согласно последним данным, более четверти столкновений происходило с участием первичных черных дыр.
«В случае подтверждения эти результаты будут означать, что коллаборация LIGO/Virgo могла уже обнаружить до 24 двойных черных дыр, образовавшихся в ранней Вселенной»
говорят Gabriele Franciolini из Женевского университета и коллеги, которые проводили анализ данных.
Это будет первое наблюдение любой изначальной черной дыры.
Сначала немного предыстории. Новая база данных о столкновениях черных дыр породила ряд загадок. Главный из них заключается в том, что некоторые из наблюдаемых черных дыр слишком велики, чтобы образоваться в результате гравитационного коллапса звезд. Эти черные дыры, должно быть, образовались по-другому. Вот тут и проявляются изначальные черные дыры.
Отличие первичных чёрных дыр
Основное различие между ними и дырами, образованными из звезд, заключается в диапазоне масс, которые они могут принимать. Теоретически эти черные дыры могут быть крошечными, всего 10^-8 килограмм, или они могут быть огромными, во много раз превышающими массу нашего Солнца.
Но различные модели Вселенной исключают существование первичных черных дыр определенных размеров. Например, британский космолог Стивен Хокинг предсказал, что черные дыры будут излучать излучение, и со временем это приведет к их сокращению. Если это так, то любая черная дыра, родившаяся вскоре после Большого взрыва с массой менее 10^11 кг, к настоящему времени испарится.
Астрономы также искали контрольные признаки того, что большие первичные черные дыры могут образовываться. Например, их гравитационные поля должны действовать как мощные линзы, увеличивая далекие объекты, когда они проходят перед ними.
События микролинзирования
Однако астрономы не наблюдали явлений «микролинзирования». Это не исключает существования первичных черных дыр, но накладывает важные ограничения на то, сколько их может быть.
Еще один важный фактор — сколько должно быть черных дыр звездного происхождения. Это зависит от того, как часто они формировались на протяжении всей истории Вселенной. И снова существует множество теорий того, как это могло происходить в звездных скоплениях, в газовых облаках и так далее.
Для астрономов, изучающих набор данных о столкновениях черных дыр, цель состоит в том, чтобы учесть все эти конкурирующие факторы, чтобы увидеть, какие теории и ограничения согласуются с данными, а какие нет. Это оказалось сложной задачей, но последнее исследование справилось с ней.
В этом исследовании используется мощный статистический метод, называемый байесовским анализом. Он учитывает широкий спектр теорий о том, как черные дыры звездного происхождения могли бы добавить к популяции первичных черных дыр ранней Вселенной.
Таким образом, можно показать, что черные дыры настолько распространены, что звездное образование не может объяснить их все. Таким образом, должно быть значительное количество первичных черных дыр.
«Доказательства первичной популяции решительно предпочтительнее по сравнению с нулевой гипотезой»
говорят ученые
Это интересный результат не в последнюю очередь потому, что изначальные черные дыры могут помочь раскрыть еще одну важную загадку. Дело в том, что Вселенная кажется заполненной темной материей, которую мы не можем видеть, но, тем не менее, имеет гравитационное притяжение на то, что мы можем видеть.
Никто не знает, из чего состоит темная материя, но одна теория гласит, что эту массу могут составлять первичные черные дыры. Новое свидетельство того, что первичные черные дыры действительно существуют, поможет астрофизикам, ищущим кандидатов на темную материю, уточнить свои поиски.
Однако дело о первичных черных дырах еще не окончено.
«Наши результаты предполагают заманчивую возможность того, что LIGO/Virgo, возможно, уже обнаружил черные дыры, образовавшиеся после взрыва»
говорят ученые
Это может быть заманчиво, но еще не до конца. Астрофизикам потребуется больше данных, чтобы быть уверенными, и для этого им придется дождаться следующего поколения детекторов гравитационных волн, которые в настоящее время разрабатываются.
Не забывайте подписываться на телегу проекта и читать новые статьи в ДЗЕНе.
Поделиться: