Исследование: как могла развиваться Вселенная до Большого взрыва
Большой взрыв, возможно, не был началом Вселенной, согласно теории космологии, которая предполагает, что Вселенная может от фазы сжатия и к фазе расширения. Если эта теория верна, то она может иметь глубокие последствия для природы космоса, включая два самых загадочных его компонента: черные дыры и темную материю.
Новое исследование международной команды космологов и астрономов, опубликованное в журнале Journal of Cosmology and Astroparticle Physics, предполагает, что темная материя может состоять из черных дыр, образовавшихся во время перехода от последнего сжатия Вселенной к нынешней фазе расширения, которая началась до Большого взрыва. Если эта гипотеза подтвердится, то гравитационные волны, генерируемые в процессе образования черных дыр, могут быть обнаружены новейшими гравитационно-волновыми обсерваториями, которые сейчас проектируются. Это даст возможность подтвердить (или опровергнуть) этот сценарий образования темной материи.
Наблюдения за движением звезд в галактиках и космическим микроволновым фоном — послесвечением Большого взрыва — показывают, что около 80% всей материи во Вселенной — это темная материя, вещество, которое не отражает, не поглощает и не излучает электромагнитные волны. Но ее пока не нашли, несмотря на все усилия.
Пульсирующая Вселенная
Традиционный космологический взгляд на Вселенную предполагает, что она возникла из сингулярности (фактически из точки, то есть объекта имеющего нулевой размер). После этого последовал короткий период чрезвычайно быстрого расширения, так называемая инфляция. Однако авторы нового исследования проанализировали более экзотическую теорию, известную как космология пульсирующей несингулярной материи. Эта гипотеза предполагает, что Вселенная сначала прошла фазу сжатия. Эта фаза закончилась так называемым Большим отскоком из-за увеличения плотности материи. Это привело к Большому взрыву и ускоренному расширению, которое мы наблюдаем сегодня.
В этой пульсирующей космологии Вселенная сжалась до размеров, примерно на 50 порядков меньших, чем сегодня (но не до нуля). После отскока родились фотоны и другие частицы. Так начался Большой взрыв. Вблизи состояния отскока плотность материи была настолько высока, что небольшие черные дыры образовались в результате квантовых флуктуаций плотности материи, что делает их подходящими кандидатами на роль темной материи.
«Так называемые примордиальные черные дыры могут образовываться на самых ранних стадиях развития Вселенной, и если они не слишком малы, то их распад под действием излучения Хокинга (это гипотетическое явление, при котором черные дыры испускают частицы из-за квантовых эффектов) не приведет к их полному исчезновению, так что они будут существовать и сейчас», — говорит Патрик Питер, директор по исследованиям французского Национального центра научных исследований (CNRS), который не принимал участия в новой работе. Питер говорит: «Имея массу более или менее равную массе астероида, они могли бы внести свой вклад в темную материю или даже решить этот вопрос вообще».
Расчеты ученых показали, что свойства этой модели Вселенной, такие как кривизна пространства и микроволновый фон, соответствуют текущим наблюдениям, что подтверждает их гипотезу.
Как увидеть темную материю
Для дальнейшей проверки своих предсказаний исследователи надеются использовать гравитационно-волновые обсерватории нового поколения. Ученые рассчитали свойства гравитационных волн, возникающих при образовании черных дыр и показали, что они могут быть обнаружены такими гравитационными обсерваториями, как лазерная интерферометрическая космическая антенна (LISA) и телескоп Эйнштейна. Это может подтвердить, действительно ли примордиальные черные дыры являются темной материей. Но может пройти не одно десятилетие, прежде чем любой из этих телескопов будет построен.
Но возможно, и не придется ждать так долго. Питер говорит: «В настоящее время другие работы исследуют поведение примордиальных черных дыр около звезд, что потенциально может привести к их обнаружения в будущем».