В какую вселенную сбежали черные дыры

Астрономы устремились в погоню за частицами темной материи

Гравитационная линза черной дыры
(показано искривление света)

Приставка «прим» означает нечто первое (прима, премьер, примогениум – первородный, в том числе и грех), а «орд» – порядок следования, ордината. Отсюда понятно, что примордиальным называют нечто исходное и первичное, возникшее задолго до более позднего развития и упорядочивания. Сейчас многие космологи признают таким событием Большой взрыв исходной сингулярности, представлявшей собой «единение» (singular) того, что было до рождения Вселенной.

Вслед за Big Bang началась так называемая фаза инфляции (резкого расширения) пространства-времени. Возникла кварк-глюонная плазма из кварков и «склеивающих» их глюонов (от glue – клей). После остывания разные комбинации кварков дали протоны и нейтроны, которые стали присоединять электроны, формируя атомы водорода, а затем и гелия. Сгустки водородной массы со временем настолько увеличили свою массу, что ее гравитация преодолела взаимное отталкивание атомов водорода, которые стали «сливаться» друг с другом. Начались термоядерные реакции в звездах. Первые звезды дали начало скоплениям-галактикам, в центре которых образовывались примордиальные черные дыры (ПЧД). Они могли покидать нашу Вселенную, оставляя после себя темную материю.

Изучением ПЧД занимаются, в частности, сотрудники Института физики и математики Вселенной. Уникальный восьмиметровый телескоп с гигантской цифровой камерой находится на горе Мауна Кеа на Гавайях. Полагают, что ПЧД отпочковывались от формирующегося материального мира, давая начало темной материи и темной энергии. Их доля может достигать 85% массы наблюдаемой Вселенной и объяснять ускоряющееся расширение нашего мира (Expansion with Acceleration).

На роль носителей свойств темной материи было предложено много кандидатов. Наиболее часто упоминается гипотетическая частица аксион. Ввести ее предложили еще в 1977 году, а назвали – по марке чистящего порошка, поскольку с ее помощью предлагалось «очистить» квантовую теорию от присущих ей проблем. Астрономы Института физики и математики Вселенной полагают, что их телескоп может одновременно наблюдать до 100 млн звезд и галактик с черными дырами в их центрах. Это позволяет фиксировать эйнштейновские гравитационные линзы. Они возникают в результате искривления лучей света вблизи тех же черных дыр. В настоящее время телескоп направлен на туманность Андромеды, где много галактик и супермассивных черных дыр, наблюдения за которыми могут помочь в отыскании аксионов темной материи.

Результат работы телескопа LAMOST – звезды
вокруг черной дыры. Иллюстрации Physorg

По крайней мере так считают специалисты Университета штата Вашингтон (США) и южнокорейского Института науки и технологии, участвующие в проекте ADME – Axion Dark Matter Experiment – и предложившие использовать для этого галоскоп. Этот прибор фиксирует микроволновые гало фотонов, которые преобразуются в сильном магнитном поле. Авторы статьи в журнале Physical Review Letters предложили регистрировать гало в микроволновых полостях, возникающих при 2 градусах Кельвина под действием поля 9 Тесла.

Китайские астрономы с помощью телескопа LAMOST (Large sky Area Multi-Object fiber Spectroscopic Telescope) наблюдают за звездами, перемещающимися со скоростью 500 км/сек. Первые такие звезды были открыты только в 2005 году, и они настолько быстры, что могут покидать пределы Млечного Пути. В одном поле зрения телескоп «ухватывает» в 3D-формате сразу более 4 тыс. объектов, что немыслимо для человеческого глаза. Из 591 высокоскоростной звезды по крайней мере 43 могут уйти за пределы галактики с вероятностью выше 50%. К данным LAMOST добавляется также база наблюдений европейского орбитального телескопа Gaia, также заметившего гало поверх и ниже плоскости Млечного Пути, о котором оптическая астрономия и не подозревала.