Ученые предполагают, что микроскопические первородные черные дыры, возникшие в доли секунды после Большого взрыва, могут пересекать нашу Солнечную систему раз в десятилетие. Эти космические странники создают крошечные гравитационные искажения, которые способны зафиксировать современные приборы.
Обнаружение таких гравитационных возмущений может стать ключом к разгадке тайны темной материи — загадочного вещества, составляющего около пяти шестых всей материи во Вселенной. Несмотря на множество гипотез о природе темной материи, ни одна экспериментальная попытка не выявила неизвестных частиц, из которых она может состоять. Поэтому ученые обратили внимание на первородные черные дыры как возможное объяснение этой космической загадки.
Темная материя проявляет себя через гравитационное воздействие на обычную материю и свет, но ее состав остается неизвестным. За последние десятилетия астрономы обнаружили множество черных дыр — от звездных, превышающих массу Солнца в 5–10 раз, до сверхмассивных, достигающих миллиардов солнечных масс. Новое исследование фокусируется на первичных черных дырах с массой типичного астероида — от 100 миллиардов до 100 миллионов миллиардов тонн — и размером не больше атома водорода.
Черные дыры, о которых мы говорим, минимум в десять миллиардов раз легче Солнца и практически не превышают по размеру атом водорода.
— соавтор исследования Сара Геллер, теоретический физик из Калифорнийского университета в Санта-Крузе
Черные дыры образуются, когда объект настолько плотен, что коллапсирует под собственной гравитацией. Считается, что сразу после Большого взрыва, до того как Вселенная значительно расширилась, случайные флуктуации плотности материи могли привести к возникновению таких первичных черных дыр.
Исследователи решили выяснить, как часто эти первичные черные дыры могут пересекать нашу Солнечную систему и можно ли зафиксировать их влияние на видимые объекты.
Если во Вселенной много черных дыр, некоторые из них должны время от времени проходить через наше космическое окружение.
— Геллер
Сначала ученые думали о том, что произойдет, если черная дыра пробьет земную кору или оставит кратер на Луне.
Мы даже задумывались, что случится, если одна из этих крошечных черных дыр попадет в человека
— Геллер
Но шансы на такое событие крайне малы из-за огромных масштабов космоса.
Поэтому команда сосредоточилась на более реалистичном сценарии: наблюдении за орбитами планет.
Нам нужна была достаточно большая система, чтобы черные дыры могли регулярно проходить рядом, и при этом достаточно точно измеряемая, чтобы заметить эффект.
— Геллер
Теоретически гравитационное притяжение первородной черной дыры может вызвать небольшие колебания в орбитах планет, которые современные инструменты способны зафиксировать.
Ученые сосредоточились на внутренних планетах Солнечной системы — Меркурии, Венере, Земле и Марсе. Они пришли к выводу, что если первичные черные дыры существуют, то хотя бы одна из них проходит мимо этих планет примерно раз в десять лет. Возможно, несколько таких пролетов уже произошло с тех пор, как появились технологии, способные обнаруживать подобные возмущения.
Однако Геллер подчеркивает, что это лишь предположения, но если они действительно существуют и составляют значительную часть темной материи, то их прохождение через внутреннюю часть Солнечной системы должно происходить каждые 1–10 лет.
Исследование основано на простых компьютерных моделях, не обладающих достаточной точностью для анализа реальных данных об орбитах планет. Чтобы сделать более точные выводы, потребуется сотрудничество с учеными, специализирующимися на более сложном моделировании Солнечной системы. Также будет важно определить, как отличить реальный сигнал от первичной черной дыры от возможных ошибок измерений.
Сейчас команда обсуждает возможность совместной работы с группой симуляции Солнечной системы в Парижской обсерватории для анализа существующих данных.
Поиск первичных черных дыр через их гравитационное воздействие не гарантирует точного отличия их от других необычных объектов схожей массы. Но если такая потенциальная черная дыра будет обнаружена, ученые смогут провести дополнительные наблюдения, чтобы исключить другие варианты.
