Темна матерія та утворення надмасивних чорних дір у ранньому Всесвіті можуть бути пов'язані

У Всесвіті є багато дивовижних речей, і чорні діри - одні з найвідоміших. Ніхто не знає, що відбувається всередині чорної діри, і навіть формування надмасивних чорних дір у ранньому Всесвіті все ще обговорюється. Група фізиків з Брукхейвенської національної лабораторії задалася цим питанням і запропонувала можливе рішення загадки. Природа темної матерії також може бути вирішена їхньою теорією.

"Поки залишається без відповіді питання про природу темної матерії і про те, як первинні надмасивні чорні діри могли рости так швидко за такий короткий проміжок часу, - це два нагальних відкритих питання у фізиці та астрофізиці. Бажаний пошук загального пояснення цих спостережень, яке могло б дати нам уявлення про внутрішню роботу Всесвіту ", - кажуть вчені.

Спостереження показали, що в ранньому Всесвіті могли утворитися надмасивні чорні діри. Згідно з нинішнім розумінням того, як формуються чорні діри, для цього не вистачило б часу. Ані аккреція (коли матерія падає в чорну діру), ані галактичні зіткнення не можуть пояснити появу первинних надмасивних чорних дір.

Фізики-теоретики Хуман Давудіасль, Пітер Дентон і Джулія Герляйн розробили модель, яка описує одне з можливих рішень, використовуючи уявлення про темну матерію як про надлегку масу, яка на 28 порядків легше маси протона, і, можливо, охоплює світлові роки на частинку.

«У нашому випадку ми помітили, що [ультраслабі карликові галактики] демонструють деякі попередні натяки на те, що темна матерія може бути надлегкою», - говорить Пітер Дентон.

Є деякі свідчення того, що розподіл темної матерії цих галактик не різко спрямований до центру, як можна було б очікувати. Надлегка темна матерія могла б пояснити це. «Якщо ширина розподілу темної матерії порівнянна у всіх галактиках, це може вказувати на те, що темна матерія має характерний розмір і є надлегкою».

Якщо темна матерія є надлегкою, то це може бути ключем до пояснення утворення первинних надмасивних чорних дір.

За словами вчених, умови, необхідні для колапсу матерії та утворення чорної діри надмасивного розміру, були якраз «через кілька днів після Великого вибуху, коли температура Всесвіту була близька до температури ядра Сонця».

Це близько 15 мільйонів кельвінів. Такі температури були б необхідні для існування цього конкретного типу матерії. Як тільки температура Всесвіту досягла певного рівня, тиск міг впасти до дуже низької величини, дозволивши матерії колапсувати під дією гравітації. Цього не сталося б з відомими частинками, звідси й ідея надлегкої темної матерії.

Такий колапс матерії викличе гравітаційні хвилі. «Ці хвилі мають характерну форму, тому ми робимо прогноз для цього сигналу і його очікуваного частотного діапазону», - говорить Пітер Дентон.

Коли більш чутливі лабораторії наступного покоління з'являться в майбутньому, вони зможуть виявити ці хвилі і підтвердити теорію про те, що темна матерія є або могла бути надлегкою. Потім вчені могли б зібрати більше шматочків головоломки, щоб отримати більш чітке уявлення про темну матерію, чорні діри і наш Всесвіт.