Астрофизики, возможно, близки к открытию, которое позволит подтвердить наличие первичных черных дыр и поможет лучше понять, что такое темная материя. Ученые из Университета Майами, проанализировав аномальный сигнал, полученный гравитационно-волновой обсерваторией LIGO, представили результаты исследования. Согласно этим данным, зафиксированный сигнал может быть вызван слиянием двух объектов, одним из которых является первичная черная дыра.
Черные дыры, возникшие, вероятно, в первые доли секунды после Большого взрыва, до сих пор остаются объектами, существующими лишь в теории. Предполагается, что их масса может варьироваться от размеров астероида до величины сверхмассивных черных дыр. Подтверждение наличия таких объектов может пролить свет на природу темной материи – невидимой субстанции, составляющей приблизительно 85% всей материи во Вселенной и выполняющей роль «гравитационного клея», удерживающего галактики вместе. К такому заключению пришли Нико Каппеллути, доцент кафедры физики Колледжа искусств и наук, и его аспирант Альберто Магараджа.
Их исследования базируются на недавнем событии, зафиксированном LIGO. В ноябре прошлого года обсерватория зарегистрировала аномальный сигнал гравитационной волны, свидетельствующий о слиянии, в котором масса как минимум одного из объектов была меньше солнечной. Это представляет значимость, поскольку большинство черных дыр формируются в результате взрывов сверхновых, и их масса обычно находится в диапазоне от нескольких до миллиардов солнечных масс. Выявление объекта с массой, сопоставимой с солнечной, может указывать на его формирование в ранней Вселенной, хотя некоторые астрофизики полагают, что сигнал мог быть вызван помехами в работе детекторов.
Каппеллути и Магараджа уверены, что данный сигнал может быть объяснен только рождением в плотной среде ранней Вселенной, существовавшей задолго до появления первых звезд. Их исследование, которое скоро будет опубликовано в The Astrophysical Journal и уже доступно на сервере препринтов , изучив вопрос, исследователи попытались определить, сколько первичных черных дыр может находиться во Вселенной и сколько из них находится в пределах досягаемости LIGO. Результаты оказались многообещающими: по прогнозам, подобные объекты действительно должны быть малочисленны, что соответствует небольшому количеству зарегистрированных событий подобного рода на текущий момент. По мнению Каппеллути, их исследование демонстрирует, что наиболее вероятным объяснением сигнала LIGO, не имеющего традиционного астрофизического толкования, является обнаружение первичной черной дыры. Кроме того, работа указывает на то, что эти гипотетические объекты могут составлять значительную, если не всю, долю темной материи.
Несмотря на это, для всестороннего понимания сути обнаружения LIGO и его отношения к темной материи предстоит выполнить значительный объем исследований. В настоящее время специалисты находятся в состоянии ожидания. Чтобы LIGO и его международные партнеры (объединенная сеть LVK, включающая детекторы Virgo в Италии и KAGRA в Японии) зафиксировали еще один или несколько подобных сигналов, что позволило бы окончательно подтвердить существование первичных черных дыр. По словам Каппеллути, на данный момент нельзя отвергать полученные данные, и они представляют собой весомые доказательства существования подобных объектов.
Первоначально идея о наличии первичных черных дыр была высказана советскими учеными Яковом Зельдовичем и Игорем Новиковым. В начале 1970-х годов Стивен Хокинг, известный физик-теоретик, продолжил их исследования, выдвинув предположение о широком распространении этих объектов, их способности излучать энергию и возможности объяснения природы темной материи с их помощью. Современные детекторы, например LIGO, запущенный в 2015 году и открывший новую эпоху в астрономии, предоставляют возможность для проверки выдвинутых теорий.
Предстоящие усовершенствования LIGO повысят чувствительность обсерватории. Тем не менее, для регистрации гравитационных волн, возникших в ранней Вселенной после Большого взрыва, необходимы устройства нового типа. Европейское космическое агентство планирует запуск лазерной интерферометрической космической антенны LISA в 2035 году. В настоящее время также разрабатывается проект наземной обсерватории Cosmic Explorer, которая будет обладать в десять раз большей чувствительностью по сравнению с LIGO и позволит обнаруживать слияния черных дыр и нейтронных звезд, начиная с периода формирования первых звезд.