Атомы и гравитация: Дело о пропаже дыр
Сегодня черные дыры появляются как результат коллапса огромных масс — например, в ходе гибели особенно крупных звезд при взрывах сверхновых. Такие дыры сами по себе весьма велики, а сливаясь, могут образовывать и вовсе гигантов — сверхмассивные черные дыры, одна из которых царит в активном центре нашей галактики. Масса ее в миллионы раз превышает массу Солнца.
Однако в далеком прошлом, как предсказывает теория, могли образовываться и т.н. примордиальные черные дыры, вовсе не столь крупные. В ту эпоху Вселенная еще не успела расшириться достаточно, и ее плотность была так велика, что каждый отдельный участок ее сам по себе мог стать черной дырой. И хотя Вселенная расширилась, некоторые из этих участков могли продолжить существование, хотя такие черные дыры, по расчетам, должны быть совсем невелики, массой порядка тонн. И хотя реально столь мелкие объекты до сих пор не обнаружены, астрофизики полагают, что в первые после Большого Взрыва эпохи они могли появляться в большом количестве.
Не удается их найти, возможно, и потому что время жизни такой черной дыры не слишком велико. Теория говорит, что они должны гибнуть, теряя энергию в виде мощного потока гамма-лучей. Поиск их ведет орбитальный аппарат Fermi (читайте: «Мятежные звезды»), однако и он пока не обнаруживает этих следов! Возможно, мы просто рассмотрели не все возможные варианты?
Действительно, недавно исследователи Пейс и Аарон Вандевендеры (Pace VanDevender, Aaron VanDevender) выдвинули альтернативную версию. Вместо того, чтобы испаряться с излучением, они могут терять энергию за счет взаимодействия с оказавшимися поблизости частицами и образования очень интересных «атомов гравитации».
Гравитационное на фоне остальных фундаментальных взаимодействий так слабо, что на атомарных масштабах ею, как правило, просто пренебрегают. Но когда речь идет о таком мощном притяжении, как у черной дыры, действующем на отдельные частицы, отбросить его было бы ошибкой. В самом деле, почему бы примордиальным черным дырам со временем просто не вырасти до размеров обычных звездных, понемногу поглощая всю попадающуюся под руку материю?
Вандевендерам проблема эта напомнила казавшуюся когда-то неразрешимой загадку существования атомов. Еще около века назад ученым никак не удавалось понять, как атомы вообще не «самоуничтожаются», ведь электрон, вращающийся по орбите вокруг ядра, должен понемногу терять энергию, пока не упадет на него?.. Решение было дано в рамках квантовой механики, которая постулировала существование квантов, мельчайших «порций», которыми может приобретаться или теряться энергия. Расчеты в рамках этой теории блестяще подтвердились; электрон может и в самом деле «упасть» на ядро, но вероятность этого события крайне, крайне мала.
Ученые рассмотрели ситуацию с примордиальными черными дырами примерно в том же ключе. Гравитация их достаточно сильна, чтобы притягивать на свою орбиту отдельные объекты — скажем, нейтральные атомы; но размеры слишком малы для того, чтобы окончательно поглотить. К примеру, этому поглощению может успешно противодействовать тепловая энергия движения частицы.
Согласно проведенным авторами расчетам, подобная ситуация вполне реальна для черных дыр, масса которых существенно меньше величины пары сотен миллионов тонн. В итоге за долгие годы такая дыра может оказаться окруженной плотной оболочкой вещества. Попадая в область действия другого достаточно массивного тела — скажем, нашей Земли, она будет терять свою оболочку. Эти рассеянные частицы, по расчетам ученых, будут создавать доступное для наблюдений радиоизлучение. Возможно, его поисками стоит заняться?
По публикации Physics arXiv Blog