Новое исследование предполагает, что черные дыры, образованные из сжатых вселенных, порождают темную материю, а наша собственная Вселенная может показаться инопланетным гостям черной дырой. В течение многих лет ученые пытались разгадать загадку темной материи, необъяснимого вещества, на которое приходится большая часть массы Вселенной. Хотя темная материя не излучает видимого света, известно, что она существует из-за ее гравитационного воздействия на скопления галактик и другие излучающие объекты в космосе. Было предложено множество гипотез для объяснения темной материи — от спекулятивных частиц, называемых аксионами, до неизведанных измерений в физике. Теперь ученые считают, что первичные черные дыры, гипотетические объекты, восходящие к младенчеству Вселенной, «являются жизнеспособными кандидатами, содержащими темную материю». Это предположили исследователи из США, Японии и Тайваня в материале, опубликованном в журнале Physical Review Letters. Более того, эта новая гипотеза намекает на существование мультивселенной, в которой наша Вселенная является лишь одной из многих в более широкой и сложной структуре. Если у нашей Вселенной есть «внешние» границы, оболочка, то инопланетный наблюдатель может увидеть все, о чем мы знаем, — звезды, галактики и миллиарды световых лет космоса — как крошечную черную дыру. «Мы до сих пор не знаем, из чего состоит темная материя, но, поскольку известно, что черные дыры существуют, возникает естественный вопрос: может ли темная материя состоять из черных дыр, которые образовались до появления звезд и галактик», — говорит физик-теоретик и астрофизик Александр Кусенко (Калифорнийский университет в Лос-Анджелесе). Предыдущие исследования уже указывали на первичные черные дыры (или ПЧД) как на решение проблемы темной материи, но команда Кусенко описывает новый сценарий образования ПЧД с участием гипотетических «младенческих вселенных», которые, возможно, возникли в космосе изначально. Другими словами, крошечные космические отводки Вселенной могут быть одновременно потомками ПЧД и ключом к открытию мультивселенной. На данный момент все эти концепции являются теоретическими, хотя Кусенко и его коллеги предлагают способы ограничить свои догадки с помощью наблюдений в ближайшие годы на специальных телескопах. Ученые считают, что первичные черные дыры родились во время космического расширения в период после Большого взрыва, когда Вселенная быстро расширила свои размеры. В отличие от «обычных» черных дыр, которые образовались в результате взрыва из-за смерти массивных звезд, считается, что ПЧД были созданы более плотными областями пространства-времени. В результате эти объекты могут быть крошечными, если сравнивать с масштабом планетных масс (и даже намного меньше). Александр Кусенко говорит, что ранняя Вселенная была настолько плотной, что даже 30-50-процентные колебания плотности превратили бы участок первичной плазмы в черную дыру. Более того, в последние годы теоретики открыли новые сценарии, по которым черные дыры могли образоваться в ранней Вселенной. Так что, возможно, мы подходим к большому открытию. Кусенко и его коллеги изучают один конкретный сценарий образования ПЧД в своем исследовании: ложные вакуумные пузыри или крошечные участки пространства-времени, которые поддерживают состояние с более низкой энергией, чем их космическое окружение. Согласно исследованию, эти аномальные пузыри могли схлопнуться и образовать первичные черные дыры — процесс, который мог породить популяцию черных дыр, «составляющих всю темную материю». Что еще более странно, любые вакуумные пузыри, ставшие слишком большими для того, чтобы схлопнуться в черные дыры, могли стать маленькими вселенными, возникшими из раннего космоса. Для стороннего наблюдателя эти пузыри будут выглядеть как ПЧД, но изнутри — расширяющейся Вселенной, очень похожей на нашу. Естественно, возникает вопрос: существуем ли мы в одной из этих маленьких вселенных, которые снаружи выглядят как ПЧД? Александр Кусенко полагает, что это возможно, хотя рассматриваемые крошечные вселенные были лишены материи. Это странная концепция, но она останется в области теории до тех пор, пока ученые не получат реальные данные наблюдений, подтверждающие ее. Команда Кусенко надеется, что их гипотеза может быть проверена с помощью оптического телескопа Subaru Hyper Suprime-Cam (HSC) на вершине щитового вулкана Мауна-Кеа на Гавайях или с помощью обсерватории и широкопольной оптической камеры Rubin Legacy Survey of Space and Time (LSST) в Чили, которая должна начать работу в 2022 году. Каждые несколько минут Subaru Hyper Suprime-Cam сканирует всю ближайшую галактику, Андромеду, что дает ученым точную и постоянно обновляемую картину галактической динамики. Одна из целей проекта — обнаружить любые блуждающие первичные черные дыры, которые искажают и усиливают звездный свет своими гравитационными полями. Камера уже отметила потенциального кандидата, масса которого примерно равна массе Луны. После сбора данных LSST сможет проводить аналогичные исследования галактического центра Млечного Пути, что легко проверит сценарий первичных черных дыр благодаря большой апертуре зеркала, широкому полю зрения, более высокой чувствительности детектора и ожидаемому превосходному качеству изображения, которое позволяет одновременно наблюдать за множеством звезд. Если темная материя действительно состоит из пузырьковых ПЧД, большинство из них были бы слишком малы, чтобы их можно было обнаружить по отдельности, даже при таких сложных астрономических исследованиях. «К сожалению, мы не можем обнаружить черные дыры сколь угодно малой массы, и, если ПЧД составляют темную материю, большая часть этих черных дыр останется незамеченной», — говорит Кусенко. Однако, если в ранней Вселенной образовались черные дыры разных размеров, их возможно поймать за хвост. Другими словами, поиск более крупных первичных черных дыр может помочь ученым сделать выводы об их небольших аналогах. ПЧД могут также сталкиваться с нейтронными звездами, типом плотных мертвых звезд, поэтому есть шанс обнаружить первичные черные дыры в момент, когда они разрушают нейтронную звезду. Эти усилия могут пролить свет на природу темной материи, новорожденных вселенных и бесчисленное множество других вопросов о Вселенной. ПЧД, если предположить, что они существуют, удавалось ускользать от обнаружения людьми в течение десятилетий, но новое поколение широкопольных телескопов может наконец раскрыть эти аномалии и некоторые секреты. По материалам статьи «Scientists Think the Multiverse Might Be the Key to Explaining Dark Matter» Vice