Новое исследование показывает, согласно расчётам, взаимодействие между частицами в период возможного преобладания первичной материи могло спровоцировать формирование первых плотных космических структур. Задолго до появления атомных элементов, то есть менее чем через секунду после Большого взрыва, если частицы объединились в скопления материи, эти скопления могли сжаться, породив первые чёрные дыры, бозонные звёзды и именуемые «звёзды-пожиратели». К такому заключению пришла группа ученых из SISSA — Международной высшей школы перспективных исследований — совместно с INFN, IFPU и Варшавским университетом. Результаты исследования были опубликованы в журнале Physical Review D.
В соответствии с предположениями, выдвинутыми в ряде космологических моделей, предполагающих существование короткого периода доминирования материи в ранней Вселенной (Early Matter-Dominated Era, EMDE), исследователи изучили механизмы взаимодействия частиц и выяснили, что подобные взаимодействия могли стать причиной формирования широкого спектра космических объектов.
Современные успехи в космологии позволили подробно восстановить историю Вселенной, начиная с быстрого расширения в самом начале, известного как инфляция, и заканчивая первичным нуклеосинтезом – формированием первых атомных ядер тяжелее водорода, произошедшим в период от 10 секунд до 20 минут после Большого взрыва. Однако промежуточный период остаётся практически неизученным. По мнению авторов, «существует захватывающая возможность того, что в это время материя на время стала определяющим фактором во Вселенной». В рамках такого сценария может происходить естественное формирование гало материи. Помимо этого, взаимодействие частиц друг с другом может спровоцировать гравитермический коллапс, приводящий к образованию компактных объектов, таких как чёрные дыры и другие необычные космические структуры.
Учёные допускают возможность формирования звёзд-пожирателей среди компактных объектов. Эти звёзды напоминают обычные, но вместо ядерного синтеза в качестве источника энергии используется самоаннигиляция частиц. Также, вероятно, возникли и бозонные звёзды, в которых квантовые свойства частиц служат источником энергии. Такие звёзды могли существовать в ранней Вселенной всего несколько секунд, прежде чем окончательно схлопнулись в первичные чёрные дыры. В то же время, чёрные дыры могли сформироваться непосредственно в результате коллапса гало материи.
Исследование показало, что гало, возникшие в процессе электромагнитного динамо, характеризовались небольшой массой (не превышающей 10²⁸ граммов) и могли порождать ещё более компактные первичные чёрные дыры после гравитермального коллапса. С помощью упрощённой теоретической модели учёные продемонстрировали, что в определённых ситуациях возможно избыточное формирование первичных чёрных дыр, что не соответствует результатам наблюдений. В других случаях могут возникать первичные чёрные дыры с массой, сопоставимой с массой астероида, которые потенциально способны составлять всю тёмную материю во Вселенной. Кроме того, некоторые первичные чёрные дыры могут быстро испаряться и исчезать до начала первичного нуклеосинтеза – процесса образования лёгких атомов, таких как водород и гелий.
Результаты исследования открывают значительные возможности для дальнейших изысканий. По мнению авторов, представляется целесообразным изучить механизм создания звёзд-каннибалов и бозонных звёзд в современной Вселенной, обусловленный коллапсом самовзаимодействующих ореолов тёмной материи. Кроме того, анализ формирования звёзд и аккреции в упрощённых моделях частиц может предоставить новые сведения о сложных астрофизических процессах, определяющих эволюцию нашей Вселенной».
[Фото: ru.123rf.com]