При совершении покупок по ссылкам в наших статьях компания Future и ее партнеры по распространению информации могут получать комиссию.
Новые исследования показывают, что чёрные дыры, образовавшиеся во время Большого взрыва, могут жить гораздо дольше, чем предполагалось ранее. Фактически, эти крошечные первичные чёрные дыры могут прожить достаточно долго, чтобы превратиться в излучающие энергию белые дыры массой с волосок человеческой брови.
Предполагается, что первичные черные дыры образовались в результате флуктуаций невероятно горячей и плотной материи, заполнившей Вселенную через несколько мгновений после Большого взрыва. Это контрастирует со звездными или «астрофизическими» черными дырами, которые нам известны, — коллапсом массивных звезд, таких как… Первичные черные дыры остаются необнаруженными и, следовательно, гипотетическими.
Многие ученые считают, что невозможность обнаружения астрофизических черных дыр объясняется тем, что они испарились и, следовательно, больше не существуют в космосе, возраст которого составляет 13,8 миллиарда лет. Это возможно, поскольку предполагается, что черные дыры «излучают» тип теплового излучения, называемый «излучением Хокинга», предложенный Стивеном Хокингом в 1970-х годах. Чем меньше масса черной дыры, тем она горячее, и, следовательно, тем быстрее она излучает излучение Хокинга и тем быстрее испаряется, процесс, который, как предполагается, заканчивается взрывным финалом.
Черные дыры звездной массы, масса которых в сотни раз превышает массу Солнца, достаточно массивны и холодны, чтобы медленно «утечивать» энергию и переживать саму Вселенную много раз; с другой стороны, первичные черные дыры с гораздо меньшими массами не так удачливы — или так мы думали. Исследователь из Колледжа науки Эберли Даниэль Параизо и его коллеги предполагают, что существует способ, с помощью которого первичные черные дыры с нужной массой могут пережить этот процесс и претерпеть поразительную трансформацию.
«Мы обнаружили, что время жизни черных дыр намного дольше, чем считалось ранее», — сказал Параизо в интервью Space.com. «Выявленные нами явления имеют отношение к черным дырам, возможно, образовавшимся в ранней Вселенной. Эти объекты еще не наблюдались, но их поиск является предметом пристального интереса как поиск кандидатов в темную материю. Черные дыры начинают умирать, испуская тепловое излучение Хокинга. Загадка заключается в том, что происходит, когда они достигают планковской массы, которая составляет около 20 микрограммов».
Черная дыра размером с яйцо блохи.
Планковская масса, составляющая около 0,000000022 килограмма, является фундаментальной единицей массы в физике и считается удивительно важной, поскольку именно в этой точке правила, управляющие субатомными частицами и квантовой физикой, а также правила, управляющие гравитацией и общей теорией относительности в целом, становятся одинаково важными. Физики считают это верхним пределом массы любой отдельной элементарной частицы, при этом любая частица, превышающая этот предел, коллапсирует, порождая микроскопическую черную дыру.
В обыденном понимании, планковская масса примерно эквивалентна волоску человеческой брови или яйцу блохи, которое примерно в пятьдесят тысяч раз легче желейной конфеты.
Параизо объяснил, что после того, как первичная черная дыра испаряется до планковской массы, превращаясь в так называемую планковскую черную дыру, существует несколько предполагаемых вариантов ее дальнейшей судьбы. К ним относится исчезновение внешней границы, определяющей природу черной дыры, — области захвата света или электромагнитного излучения, известной как горизонт событий. «Механизм, который мы изучаем для гибели этой черной дыры планковского размера, — это постепенное исчезновение горизонта, который захватывает излучение», — сказал Параизо.
Команда провела математические расчеты, которые показали, что первичная черная дыра, образовавшаяся с начальной массой астероида среднего размера, около 1 миллиарда тонн, распадается примерно за миллиард лет и испускает тепловое излучение Хокинга, пока не достигнет планковской массы. Однако первичная черная дыра, родившаяся с массой всего в 1 тонну, немедленно взорвалась бы, мгновенно достигнув планковской массы. Именно то, что происходит дальше, отличает результаты исследования от предыдущих работ. «Именно тогда наши результаты предсказывают нечто новое: предыдущие рассуждения указывали на то, что оставшиеся 20 микрограммов излучаются как минимум за 1 секунду; наша оценка показывает, что эти 20-микрограммовые остатки практически стабильны», — объясняет Параизо. «Как только черная дыра достигает порога в 20 микрограммов, мы обнаруживаем, что она начинает испускать очищающее излучение [названное так потому, что считается, что оно «очищает» квантовое состояние Вселенной] из-за поведения, характерного для белой дыры».
«Поэтому, хотя мы еще не знаем физических процессов вблизи белой дыры, мы обнаруживаем объект, обладающий точно такими же свойствами, на значительном расстоянии».
Белые дыры — ещё одна гипотетическая сущность в физике, которую, как предполагается, можно рассматривать как «чёрную дыру, обращённую во времени», которая, вместо того чтобы захватывать материю и излучение внутри себя, как это делают чёрные дыры, бесконечно отталкивает материю и излучение.
Для любых дальнейших предсказаний о судьбе этих первородных черных дыр, которые могут принять облик белых дыр, потребуется теория, объединяющая общую теорию относительности и квантовую механику, известная как «квантовая гравитация», которая упорно ускользала от внимания физиков с начала XX века.
«Простые физические предположения о физике вдали от черной дыры могут многое рассказать нам об их времени жизни и о переходе в стабильную фазу, похожую на белую дыру массой 20 микрограммов», — сказал Параизо. «Тот факт, что мы можем вывести эти свойства, используя лишь минимальные элементы квантовой гравитации, примечателен».
Предварительно прошедшая рецензирование версия исследования команды доступна на сайте-репозитории исследований arXiv.