Некоторые хитроумные способы поиска первичных черных дыр
В последнее время большое внимание в физическом сообществе уделяется первичным черным дырам (PBH). Одной из основных причин является потенциальная связь с темной материей. По сути, если удастся доказать существование PBH, то есть очень большая вероятность того, что именно из них состоит темная материя, невидимая субстанция, составляющая 85% массы Вселенной. Если это будет доказано, это, несомненно, станет открытием нобелевского уровня в области астрофизики. Но чтобы доказать это, кто-то должен сначала их найти. Пока что PBH существуют только в теории. Но мы приближаемся к доказательству того, что они действительно существуют, и в новой статье, опубликованной на сервере препринтов arXiv Маркосом Флоресом из Сорбонны и Александром Кусенко из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе, излагаются некоторые идеи о том, как мы могли бы, наконец, найти PBH и тем самым доказать или опровергнуть их связь с темной материей.
Доктора Флорес и Кусенко сосредотачиваются на понимании теорий образования PBH, а затем экстраполируют, как эти образования могут быть обнаружены даже с помощью современного оборудования. Типичная черная дыра, о существовании которой мы знаем, образуется, когда сверхмассивные звезды коллапсируют под действием собственного веса. PBH образовались до того, как звезды такого размера смогли коллапсировать, поэтому они должны были образоваться с использованием другого механизма. В статье подробно описывается теоретический процесс формирования PBH, который включает в себя подробный математический анализ асимметрии частиц и того, как это согласуется с другими моделями физики элементарных частиц. Но как астрономы могут увидеть эти образования?
Один из способов - наблюдать за потерей углового момента. Астрономы могут наблюдать "ореолы" частиц на ранних стадиях развития Вселенной. Во многих случаях они быстро вращаются. Однако, если их вращение резко замедлится, это может указывать на то, что поблизости формировалась PBH, которая забирала часть энергии из этого углового момента, притягивая частицы к себе. Другой способ — это наблюдение за новым излюбленным механизмом астрономов всего мира - гравитационными волнами. Не совсем ясно, может ли образование PBH вызывать гравитационные волны. Тем не менее, в статье обсуждаются некоторые основы, которые потенциально могут привести к теории о том, могут ли они вызывать гравитационные волны.
Суперсимметрия представляет собой одну из таких структур. В некоторых случаях ранняя Вселенная, действовавшая в соответствии с принципами суперсимметрии, могла сформировать PBH, которая сформировала бы гравитационную волну, которую потенциально могло бы обнаружить следующее поколение детекторов гравитационных волн. В частности, это может быть связано с тем, что в статье называется "механизмом полтергейста", возникающим в результате пространственно-временных возмущений в определенных теориях. Последний способ обнаружить эти PBH - наблюдать за гравитационными линзами. В некоторых экспериментах, таких как эксперимент по оптическому гравитационному линзированию (OGLE) и Hyper Suprime-Cam (HSC) телескопа Subaru, было обнаружено гравитационное микролинзирование там, где нет известных массивных объектов, вызывающих такое линзирование. PBHs, которые были бы фактически невидимы для этих телескопов, могли бы предложить одно объяснение, хотя сначала следует исключить другие объяснения.
Другие теории предлагают другие возможности для обнаружения PBH, включая наблюдение за взаимодействием "Q-шаров" или теоретически больших "сгустков" материи. Если собрать их достаточное количество, они потенциально могут образовать PBH. В конечном счете, вопросов, связанных с этими загадочными объектами, больше, чем ответов. Если они действительно существуют, они могли бы дать ответы на многие из них. Однако, чтобы доказать это без всяких разумных сомнений, требуется больше данных. Экспериментаторы уже работают над созданием новых и более совершенных детекторов, которые могут помочь в поиске PBH. Если они действительно существуют, то их обнаружение - это только вопрос времени.
