Могут ли где-то в космосе существовать первичные черные дыры размером с атом?
В 2019 году совместная работа восьми радиотелескопов, расположенных в разных частях света, позволила сделать первую фотографию гигантской черной дыры, расположенной примерно в 55 миллионах световых лет от нас в центре галактики Мессье 87. Сделанный снимок на самом деле показывает нам не саму черную дыру, а вещество звезды, которую она поглотила — это вещество стало вращаться вокруг объекта с большой скоростью и излучать свет. Диск материи, который окружает черную дыру, называется «аккреционным» и считается краем этого астрономического объекта — после его прохождения возможности выбраться уже не будет.
Значительная часть черных дыр во Вселенной образовалась в результате гравитационного коллапса звезд, «съевших» все свое топливо на последних стадиях: их называют «черными дырами звездной массы». Не все звезды превратятся в черные дыры в конце своей жизни: когда ядро звезды имеет массу менее 2-3 солнечных, оно не сможет создать такой плотный объект в результате коллапса. То есть существует минимальная звездная масса, ниже которой звезда не может схлопнуться в черную дыру.
Существуют также другие черные дыры, называемые первичными черными дырами. Эти гипотетические объекты могли быть созданы в первые мгновения Большого взрыва, когда Вселенная только возникла, и теоретически могут обладать любой массой. Их размер может варьироваться от субатомной частицы до нескольких сотен километров. Когда дело доходит до черных дыр, то сверхмассивные объекты практически не излучают света, в то время как самые маленькие создают больше всего излучения. Но как возможно такое явление: сверхмассивные черные дыры, которые практически не излучают и улавливают все, даже свет?
Ответ был дан физиком Стивеном Хокингом в середине 1970-х годов. Он постулировал, что квантовые эффекты вблизи горизонта событий черной дыры могут вызывать выброс частиц, которые вырываются из нее. То есть черные дыры, которые не набирают массу никакими другими способами, будут постепенно терять ее и, наконец, испаряться. Излучение Хокинга в сверхмассивных черных дырах не так заметно и практически не меняет их массы. Но подобный объект с массой в 1000 тонн испарился бы таким образом всего за 46 секунд.
Так как же можно засвидетельствовать дыры размером с атомную частицу, прежде чем они полностью испарятся? В недавнем исследовании ученые предложили астрофизический сценарий, в котором одна из этих крошечных черных дыр захватывается сверхмассивной. По мере того как черная дыра размером с атомную приближается к горизонту событий сверхмассивного объекта, доля излучения Хокинга, которое может быть обнаружено с Земли, постепенно уменьшается, пока не достигнет размера луча света.
Параметры этого луча похожи на тепловые гамма-всплески (GRB), которые уже ранее были пойманы телескопами. Именно эти сигналы являются экспериментальным доказательством существования крошечных черных дыр, которые являются серьезными кандидатами на роль темной материи.
Обнаружение первичных черных дыр может объяснить темную материю и обеспечить посмертную Нобелевскую премию Стивену Хокингу. Похоже, что эти объекты уже удалось обнаружить