|
Дело о пропавших черных дырах
|
|
|
|
Исследователи из Исследовательского центра ранней Вселенной (RESCEU) и Физико-математического института Вселенной имени Кавли (Kavli IPMU, WPI) Токийского университета применили хорошо понятую и хорошо проверенную квантовую теорию поля, обычно применяемую для изучения очень малых объектов, к новому исследованию. цель - ранняя вселенная. Их исследование привело к выводу, что миниатюрных черных дыр должно быть гораздо меньше, чем предполагают большинство моделей, хотя вскоре должны появиться наблюдения, подтверждающие это. Конкретный вид черной дыры, о котором идет речь, может быть претендентом на темную материю.
|
|
|
|
Изучение Вселенной может быть непростой задачей, поэтому давайте убедимся, что мы все на одной волне. Хотя детали неясны, физики в целом сходятся во мнении, что возраст Вселенной составляет около 13,8 миллиардов лет, она возникла внезапно, быстро расширилась в период, называемый инфляцией, и в какой-то момент из однородной превратилась в содержащую детали и структуру. Большая часть Вселенной пуста, но, несмотря на это, она, по—видимому, значительно тяжелее, чем можно объяснить с помощью того, что мы можем видеть - мы называем это несоответствие темной материей, и никто не знает, что это может быть, но появляются свидетельства того, что это могут быть черные дыры, особенно старые.
|
|
|
|
“Мы называем их первичными черными дырами (PBH), и многие исследователи считают, что они являются сильными кандидатами на роль темной материи, но их должно быть много, чтобы соответствовать этой теории”, - сказал аспирант Джейсон Кристиано. “Они интересны и по другим причинам, поскольку после недавнего открытия в области гравитационно-волновой астрономии были открыты случаи слияния двойных черных дыр, что можно объяснить, если они существуют в большом количестве. Но, несмотря на эти веские причины для их ожидаемого изобилия, мы не видели ни одной из них напрямую, и теперь у нас есть модель, которая должна объяснить, почему это так”.
|
|
|
Кристиано и его научный руководитель, профессор Дзюнъити Екояма, в настоящее время директор Kavli IPMU и RESCEU, тщательно изучили различные модели формирования PBH, но обнаружили, что ведущие из них не согласуются с фактическими наблюдениями космического микроволнового фона (CMB), который является своего рода отпечатком пальца, оставшимся от прошлого. Большой взрыв, ознаменовавший начало Вселенной. И если что-то не согласуется с достоверными наблюдениями, это либо не может быть правдой, либо в лучшем случае может нарисовать лишь часть картины. В данном случае команда использовала новый подход для корректировки ведущей модели формирования PBH в результате космической инфляции, чтобы она лучше соответствовала текущим наблюдениям и могла быть дополнительно проверена с помощью предстоящих наблюдений земными обсерваториями гравитационных волн по всему миру.
|
|
|
|
“В начале Вселенная была невероятно маленькой, намного меньше размера одного атома. Космическая инфляция быстро увеличила ее на 25 порядков. В то время волны, распространяющиеся в этом крошечном пространстве, могли иметь относительно большие амплитуды, но очень короткие длины волн. Мы обнаружили, что эти крошечные, но сильные волны могут приводить к необъяснимому усилению гораздо более длинных волн, которые мы наблюдаем в современном реликтовом излучении”, - сказал Екояма. “Мы полагаем, что это происходит из-за случайных случаев когерентности между этими ранними короткими волнами, которые можно объяснить с помощью квантовой теории поля, самой надежной теории, которая у нас есть для описания повседневных явлений, таких как фотоны или электроны. В то время как отдельные короткие волны были бы относительно бессильны, сплоченные группы обладали бы способностью изменять форму волн, намного превышающих их размеры. Это редкий случай, когда теория, описывающая что-то на одном уровне, объясняет что-то на противоположном конце шкалы.”
|
|
|
|
Если, как предполагают Кристиано и Екояма, ранние мелкомасштабные флуктуации во Вселенной действительно влияют на некоторые из крупномасштабных флуктуаций, которые мы наблюдаем в реликтовом излучении, это может изменить стандартное объяснение грубых структур во Вселенной. Но также, учитывая, что мы можем использовать измерения длин волн в реликтовом излучении для эффективного определения протяженности соответствующих длин волн в ранней Вселенной, это неизбежно ограничивает любые другие явления, которые могут зависеть от этих более коротких и сильных длин волн. И вот тут снова на помощь приходят PBH.
|
|
|
|
“Широко распространено мнение, что коллапс коротких, но мощных волн в ранней Вселенной - это то, что создает первичные черные дыры”, - сказал Кристиано. “Наше исследование предполагает, что PBH должно быть гораздо меньше, чем было бы необходимо, если бы они действительно были сильными кандидатами на темную материю или гравитационные волновые явления”. На момент написания этой статьи мировые гравитационно-волновые обсерватории LIGO в США, Virgo в Италии и KAGRA в Японии находились в самом разгаре наблюдательной миссии, целью которой было наблюдение за первыми маленькими черными дырами, вероятно, PBH. В любом случае, результаты должны предоставить команде убедительные доказательства, которые помогут им еще больше усовершенствовать свою теорию.
|
|
|
|
Источник
|
