Согласно новой гипотезе, первичные черные дыры зародились в прошлую космическую эпоху — еще во время сжатия Вселенной. Пережив последующий Большой взрыв, гигантские реликты сохранились до наших дней и сегодня способны раскрыть природу загадочной темной материи.
Классическая модель эволюции Вселенной предполагает, что пространство и время возникли «с нуля» во время Большого взрыва. Многие ученые считают, что процесс взрыва начался из бесконечно плотной и горячей точки — сингулярности. Однако в ней законы физики выходят из строя и не позволяют рассчитать процессы самого начала космоса: из-за математических «бесконечностей» уравнения просто ломаются и не могут объяснить, что происходило в момент расширения Вселенной. Чтобы обойти это теоретическое ограничение, физик Энрике Гастаньага из Университета Портсмута (Великобритания) и Института космических наук в Барселоне (Испания) обратился к модели «Большого отскока» (cosmic bounce).
Согласно этой теории, Вселенная не возникла из ничего, а сжималась из гигантского разреженного космического облака. Когда плотность материи достигла экстремальных значений, вступил в силу квантовый запрет на сверхсильное сжатие: он создал мощнейшее давление, которое остановило коллапс Вселенной и заставило космос сменить вектор на расширение. Результаты теоретического исследования опубликованы в научном журнале Physical Review D.
Расчеты ученого показали, что объекты размером более 90 метров вполне могли пережить этот фазовый переход и сохраниться в качестве «космических окаменелостей» прошлой эпохи космоса. Главными кандидатами на роль таких выживших реликтов оказались черные дыры.
«Если Вселенная действительно пережила „отскок“, то темные структуры, формирующие сегодня галактики, могут быть остатками космической эпохи, предшествовавшей Большому взрыву», — объяснил Гастаньага.
Автор исследования допустил, что этот сценарий может объяснять природу темной материи. По его расчетам, давние черные дыры вполне могли образоваться в таком объеме, чтобы создать невидимый каркас Вселенной, скрепляющий галактики своей гравитацией.
Это объяснение решает парадокс, озадачивший астрономов после запуска орбитального телескопа «Джеймс Уэбб». Он находит в молодой Вселенной огромные галактики, которые по классическим законам физики просто не успели бы сформироваться так быстро. Если же черные дыры существовали еще до Большого взрыва, они стали мощными гравитационными «магнитами». Галактикам не потребовалось сотни миллионов лет на медленный рост — материя быстро собралась вокруг уже готовых сверхмассивных центров.
Гипотеза Энрике Гастаньаги во многом похожа на теорию пульсирующей Вселенной Николая Горькавого. Там Вселенная также не возникает 13,8 миллиарда лет назад, а лишь «отскакивает» после предыдущего цикла сжатия — расширения в ходе Большого взрыва.
Однако между моделями есть и существенные различия: причиной взрыва у Горькавого стала потеря Вселенной гравитирующей массы из-за слияния черных дыр (те теряют до 5% массы при каждом слиянии). Этот же процесс объясняет так называемую темную энергию. У Гастаньаги Большой взрыв обеспечивают только силы квантового отталкивания, что не позволяет объяснить темную энергию.
Идея пока остается теоретической, однако ее можно проверить. В будущем исследователь планирует находить следы эпохи до Большого взрыва с помощью реликтовых гравитационных волн, а также выискивать скрытые паттерны в реликтовом излучении.
Автор: Марк Чернов