Первичная чёрная дыра — гипотетический тип чёрной дыры , которая образовывалась не за счёт гравитационного коллапса крупной звезды, а в сверхплотной материи в момент начального расширения Вселенной .

Согласно модели Большого взрыва , после так называемой планковской эпохи давление и температура во Вселенной были сверхвысокими . В этих условиях простые колебания плотности материи были достаточно значительными, чтобы способствовать возникновению чёрных дыр. Хотя большинство областей с высокой плотностью в связи с расширением Вселенной удалились друг от друга, первичные чёрные дыры, будучи стабильными, могли сохраниться до настоящего времени.

Космологами высказано предположение, что первичные чёрные дыры с массами в диапазоне от 10 ¹⁴ кг до 10 ²³ кг могут составлять тёмную материю . Это наиболее тяжёлые кандидаты на роль частиц тёмной материи . Чёрные дыры с такими массами (типичный диапазон масс астероидов ) включают объекты как достаточно мелкие, чтобы они могли сохраниться до настоящего времени, и при этом достаточно большие, чтобы объяснить наблюдаемый эффект гравитационных линз .

Возможность обнаружения

Один из возможных способов обнаружения первичных чёрных дыр — отслеживание их излучения Хокинга . Стивен Хокинг предположил в 1974 году, что большое число небольших первичных чёрных дыр может существовать в области галактического гало нашей Галактики . Согласно гипотезе, все чёрные дыры испускают излучение Хокинга в количестве, обратно пропорциональном их массе. Поскольку это излучение сокращает их массу, чёрные дыры с очень малыми массами будут быстро «испаряться», производя на заключительном этапе взрыв, эквивалентный взрыву водородной бомбы в миллионы мегатонн . С другой стороны, стабильная чёрная дыра с массой около 3-х солнечных масс не может потерять свою массу за время существования Вселенной (ей потребуется на это примерно 10 ⁶⁹ лет). Но, поскольку первичные чёрные дыры образуются не путём коллапса звёзд, они могут быть любого размера, и чёрная дыра с массой около 10 ¹¹ кг будет иметь срок существования, примерно равный возрасту Вселенной (около 13 миллиардов лет). Если такие маломассивные чёрные дыры возникли в достаточном количестве в период Большого взрыва, сегодня мы должны иметь возможность наблюдать некоторые из них. Космический гамма-телескоп Ферми , запущенный на спутнике НАСА в июне 2008 года, в частности, предназначался для поиска «испаряющихся» первичных чёрных дыр. Но если излучение Хокинга на самом деле не существует, обнаружить первичные чёрные дыры будет крайне сложно, если не вообще невозможно, в силу их небольшого размера и силы тяготения .

Было высказано предположение , что микроскопические чёрные дыры с массой порядка нуклона и огромными скоростями могут беспрепятственно проникать сквозь Землю без вредных последствий для неё, производя при этом уловимый акустический сигнал.

Ещё один способ обнаружить первичные чёрные дыры — наблюдение за поверхностью звёзд . Если чёрная дыра проходит через видимую звезду, плотность последней может испытывать наблюдаемые колебания .

Роль концепции в теоретической физике

Испарение первичных чёрных дыр было предложено в качестве одного из возможных объяснений для гамма-всплесков . Другие космологические проблемы, решение которых может быть связано с первичными чёрными дырами, включают проблему тёмной материи , проблему космологической и проблему космологического монополя . Поскольку первичные чёрные дыры могут быть любого размера, вопрос о них также актуален при рассмотрении возникновения галактик .

Даже если изучение первичных чёрных дыр не разрешит вышеперечисленные проблемы, выявленные чёрные дыры (по состоянию на 2010 год, подтверждено существование только двух чёрных дыр средней массы ) позволяют установить ограничения на спектр флуктуаций плотности на раннем этапе существования Вселенной.

Теория струн

Согласно представлениям общей теории относительности , самые маленькие первичные чёрные дыры должны были «испариться» к настоящему времени, но если они расположены в четырёхмерном пространстве , где, как было предсказано теорией струн , сила гравитации не действует в малых масштабах, это «весьма существенно замедлит испарение» . Это может означать, что в настоящее время в нашей Галактике имеется несколько тысяч первичных чёрных дыр. Для проверки этой теории используется космический гамма-телескоп Ферми , запущенный на спутнике НАСА в июне 2008 года. В случае появления определённой интерференционной картины гамма-всплесков, это может быть первым косвенным подтверждением существования первичных чёрных дыр и теории струн.

Примечания

Литература

• S.W. Hawking, 12 декабря 2012 года. : Original article proposing existence of radiation
• D. Page, : First detailed studies of the evaporation mechanism
• B.J. Carr & S.W. Hawking, от 13 июня 2016 на Wayback Machine : Describes links between primordial black holes and the early universe
• A. Barrau et al., от 1 августа 2020 на Wayback Machine , от 1 августа 2020 на Wayback Machine , от 1 августа 2020 на Wayback Machine : Experimental searches for primordial black holes due to the emitted antimatter
• A. Barrau & G. Boudoul, от 1 августа 2020 на Wayback Machine : Cosmology with primordial black holes
• A. Barrau & J. Grain, от 26 января 2021 на Wayback Machine : Searches for new physics (quantum gravity) with primordial black holes
• P. Kanti, от 1 августа 2020 на Wayback Machine : Evaporating black holes and extra-dimension