Существуют различные механизмы образования черных дыр. Наиболее известный и распространенный — это коллапс умирающей звезды. Однако существует и другой класс черных дыр, известный как примордиальные черные дыры (ПрЧД), которые могли возникнуть сразу после Великого взрыва в результате гравитационного коллапса материи. Несмотря на активные теоретические обсуждения, ни одна из таких черных дыр еще не была наблюдаема. Ученые предполагают, что они могут объяснять недостающую массу в нашей Вселенной, которую мы иначе описываем как «темная материя». Новая работа исследователей из Университета Окленда в Мичигане и Университета Райса в Техасе ставит под сомнение эту теорию, по крайней мере, в отношении определенного типа ПрЧД.
АСТЕРОИДНЫЕ ЧЕРНЫЕ ДЫРИ
Данный тип ПрЧД имеет массу от 10^14 до 10^17 граммов. Хотя большинство черных дыр представляют собой массивные объекты, не испускающие свет, Стивен Хокинг показал, что они могут быть и меньшими, если сохраняется их высокая плотность. Важно также, что более мелкие черные дыры со временем испускают термическое излучение, известное как излучение Хокинга. Однако такой процесс ведет к постепенному испарению самой черной дыры.
Скорее всего, черные дыры с массой менее 10^14 граммов уже исчезли, так как выгорели. Но черные дыры в диапазоне астероидной массы, близятся к завершению своего жизненного цикла, что означает, что они начинают излучать больше света, в частности, в форме гамма-излучения.
ПРОБЛЕМА ИЗОЛЯЦИИ СИГНАЛА
Проблема заключается в том, что это гамма-излучение становится лишь одной нитью в широкой паутине экстрагалактического гамма-излучательного фона (EGRB) — рассеянном свете гамма-лучей, который, кажется, исходит из всех направлений к Млечному Пути. Он включает излучения множества астрономических объектов, и изолировать сигнал от астероидных ПрЧД становится непростой задачей.
В своих исследованиях ученые разработали модель для вычитания большинства известных источников света EGRB, таких как блазар, радиогалактики и гамма-лучи, возникающие при взаимодействии космических лучей с инфракрасным фоном Вселенной. Они не остановились на этом, а создали новый скрипт на Python, названный GammaPBHPlotter, который моделировал эти ПрЧД с высокой степенью детализации, включая их излучение Хокинга, распад нестабильных частиц и, что важно, гамма-лучи, возникающие при аннигиляции электронами позитронов, испускаемых черной дырой.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ
Результаты исследования не оказались оптимистичными для теории черных дыр астероидной массы. Ученые обнаружили, что ПрЧД с массой около 10^14 грамм не могут составлять более 1 из 10 миллиардов наблюдаемой темной материи во Вселенной. Однако была выявлена предрасположенность к чуть большим ПрЧД, массой около 3×10^16 граммов, которые могут составлять до 6% темной материи. Хотя это тоже незначительная доля, это все же лучше, чем 1 из 10 миллиардов.
Чтобы окончательно опровергнуть наличие этих примордиальных гигантов, требуются более современные телескопы. Авторы исследования использовали данные устаревших инструментов EGRET и COMPTEL, собранные в период с 1991 по 2000 год. На горизонте появляются новые телескопы, такие как AMEGO-X и e-ASTROGAM, которые могут помочь заполнить «MeV-пробел», где и находятся ожидаемые гамма-лучи от ПрЧД. Эти миссии еще не получили полноценной поддержки от крупных космических агентств, но продолжают свою техническую подготовку и исследовательскую работу. Если им удастся запустить свои аппараты, это поможет разрешить вопрос о том, являются ли более крупные ПрЧД источником недостающей массы во Вселенной, что, в свою очередь, может окончить многолетние дебаты в космологическом сообществе.
