Астрономы обнаружили черные дыры массой от нескольких cолнц до десятков миллиардов. Теперь группа ученых предсказала, что космический телескоп NASA Nancy Grace Roman сможет найти класс легких черных дыр, которые до сих пор не удавалось обнаружить.
Сегодня черные дыры образуются либо при коллапсе массивной звезды, либо при слиянии тяжелых объектов. Однако ученые подозревают, что небольшие «первозданные» черные дыры, в том числе и с массой, сравнимой с земной, могли образоваться в первые хаотические моменты ранней Вселенной.
Самые маленькие черные дыры, которые образуются в наши дни, рождаются, когда у массивной звезды заканчивается топливо. Ее внешнее давление ослабевает по мере того, как ядерный синтез угасает, поэтому гравитационное притяжение внутри звезды побеждает в перетягивании каната. Звезда сжимается и может стать настолько плотной, что превратится в черную дыру.
Но для этого необходима минимальная масса: по крайней мере в восемь раз больше массы нашего Солнца. Более легкие звезды становятся либо белыми карликами, либо нейтронными звездами.
Однако условия в самой ранней Вселенной, возможно, позволяли образовываться гораздо более легким черным дырам. У такой дыры массой с Землю горизонт событий — точка невозврата для падающих объектов — был бы шириной с десятицентовую монету США.
Ученые полагают, что в момент зарождения Вселенной она пережила короткую, но интенсивную фазу, известную как инфляция, когда пространство расширялось быстрее скорости света. В этих особых условиях области, которые были плотнее, чем их окружение, могли разрушиться, образовав маломассивные первозданные черные дыры.
Хотя теория предсказывает, что самые маленькие из них должны испариться до того, как Вселенная достигнет своего нынешнего возраста, те, чья масса похожа на земную, могли выжить.
Открытие этих крошечных объектов окажет огромное влияние на физику и астрономию.
Подсказки о скрытых обитателях
Наблюдения уже выявили признаки того, что такие объекты могут скрываться в нашей галактике. Первобытные черные дыры были бы невидимы, но морщины в пространстве-времени помогли выявить несколько возможных кандидатов.
Микролинзирование — это наблюдательный эффект, который возникает из-за того, что присутствие массы деформирует ткань пространства-времени. Всякий раз, когда с нашей точки зрения интерферирующий объект дрейфует рядом с фоновой звездой, свету звезды приходится преодолевать искривленное пространство-время вокруг объекта. Если выравнивание происходит особенно близко, объект может действовать как естественная линза, фокусируя и усиливая свет фоновой звезды.
Отдельные группы астрономов, используя данные MOA (Microlensing Observations in Astrophysics) — совместной работы по наблюдению за микролинзами с помощью университетской обсерватории Маунт-Джон в Новой Зеландии — и OGLE (Optical Gravitational Lensing Experiment), обнаружили неожиданно большую популяцию изолированных объектов с массой Земли.
Теории формирования и эволюции планет предсказывают определенную массу и количество планет-изгоев — миров, блуждающих по галактике без привязки к звезде. Наблюдения MOA и OGLE свидетельствуют о том, что в галактике дрейфует больше объектов с массой Земли, чем предсказывают модели.
Пока нет способа отличить черные дыры с массой Земли от планет-изгоев в каждом конкретном случае. Но ученые ожидают, что мощность романовского телескопа поможет найти в 10 раз больше объектов в этом диапазоне масс, чем наземные телескопы.
Находка первозданных черных дыр откроет новую информацию о самой ранней Вселенной и позволит предположить, что ранний период инфляции действительно имел место. Это также может объяснить небольшой процент загадочной темной материи, которая, по мнению ученых, составляет большую часть массы нашей Вселенной, но которую до сих пор не удавалось идентифицировать.
