Первичные черные дыры могли появиться из-за резонанса
© M. Kornmesser/ESA
Астрофизики по-новому объяснили образование первичных черных дыр, основываясь на колебаниях скорости звука в ранней Вселенной. Такие черные дыры могут объяснить существование темной материи и быстрый рост центральных объектов в галактиках. Результаты изложены в журнале Physical Review Letters.
В современной астрофизике есть несколько крупных нерешенных задач, среди которых существование темной материи и природа сверхмассивных черных дыр в центрах галактик. Темная материя проявляет себя в виде гравитационного притяжения, что сказывается на динамике движения звезд в галактиках и самих галактик в скоплениях. Природа этого феномена остается неизвестной, хотя темной материи должно быть примерно в пять раз больше обычной. В центрах галактик располагаются огромные черные дыры с массами в миллионы и миллиарды солнечных, причем подобные объекты наблюдаются даже в далеких (и, следовательно, очень давно образовавшихся) объектах. Ученые пока не смогли полноценно описать, как эти объекты образовались за столь короткое время.
Обе эти проблемы астрономам помогут решить первичные черные дыры, то есть те, что существуют практически со времен Большого взрыва. В то время как астрофизические черные дыры — это результат звездной эволюции, они могут рождаться только в определенном диапазоне масс, который связан с возможными размерами звезд, первичные черные дыры теоретически могут быть самого разного размера — от микроскопического до огромного. Современные наблюдения не позволяют объяснить всю темную материю при помощи черных дыр, но ее существенная часть по-прежнему может быть такими телами. Также в связи с высокой плотностью вещества в ранние эпохи такие черные дыры могли быстро набирать массу задолго до появления первых галактик.
Обычно появление черных дыр в ранней Вселенной описывают при помощи усиленных возмущений плотности вещества, из-за которых могли образоваться области, достаточно плотные для того, чтобы схлопнуться и превратиться в черную дыру. Как правило, механизм усиления связан с тонкой настройкой параметров космологической инфляции — наиболее раннего периода существования Вселенной. В новой работе астрономы предложили другой способ — резонанс. Он связан с колебаниями скорости звука в первичной среде. Благодаря этому эффекту флуктуации плотности на определенных масштабах (узкие пики на спектре масс) могли существенно вырасти и привести к образованию черных дыр.
График показывает долю темной материи по отношению к первичным черным дырам как функцию их массы по отношению к массе Солнца. Затененные площади исключены по результатам астрономических наблюдений
© Leiden Institute of Physics
«Для вычислений мы используем иной подход к усилению возмущений, но мы столкнулись с определенными проблемами, — говорит соавтор работы Дун-Ган Ван из Лейденского университета (Нидерланды). — Мы используем резонанс во время инфляции, когда Вселенная расширялась экспоненциально быстро. Наши вычисления достаточно просты для работы, но в действительности этот механизм может оказаться намного сложнее. Узкие пики, которые мы получили на графиках, стали естественным следствием данного эффекта, так как он связан с резонансом».
Понравился материал? Добавьте Indicator.Ru в «Мои источники» Яндекс.Новостей и читайте нас чаще.