Обычные черные дыры появляются после гибели массивных звезд или растут в центрах галактик. Но у физиков есть еще один предполагаемый класс:первичные черные дыры, которые могли возникнуть в первые мгновения после Большого взрыва, задолго до появления звезд.
Если хотя бы часть раннего вещества сжалась в такие объекты, они могли дожить до наших дней и вести себя как невидимая масса.
2. Как они могли появиться?
Ранняя Вселенная была очень горячей и плотной. В среднем вещество распределялось почти равномерно, но небольшие неоднородности существовали. Если в какой-то области плотность оказалась достаточно высокой, собственная гравитация могла заставить ее сжаться в черную дыру.
Это не подтвержденный эпизод космической истории, а проверяемая гипотеза. Ее важная особенность в том, что масса первичной черной дыры не обязана быть похожей на массу звезды. Теоретически возможен широкий диапазон, связанный с размером причинно связанной области в момент образования.
Очень легкие объекты должны были терять массу из-за излучения Хокинга. Чем меньше черная дыра, тем быстрее этот процесс. Поэтому самые легкие кандидаты к нынешней эпохе уже испарились бы, а более массивные могли сохраниться.
3. Почему их связывают с темной материей?
Темная материя проявляет себя через гравитацию, но не светится и почти не взаимодействует с обычным веществом. Черная дыра тоже темна и обладает массой. На первый взгляд совпадение выглядит почти идеальным.
Однако одной похожести мало. Если таких объектов много, они должны оставлять наблюдаемые следы:
- временно усиливать свет далеких звезд при гравитационном микролинзировании;
- влиять на движение звездных систем;
- поглощать газ и менять фоновое излучение;
- образовывать пары и сталкиваться, создавая гравитационные волны.
Астрономические наблюдения уже исключили возможность, что первичные черные дыры составляют всю темную материю во многих диапазонах масс. Особенно жесткие ограничения дают обзоры микролинзирования, свойства реликтового излучения и динамика компактных систем.
Но ограничения зависят от модели распределения масс и скопления объектов, поэтому небольшие области возможностей пока остаются.
4. А столкновения, замеченные детекторами?
Некоторые зарегистрированные слияния черных дыр необычны по массам или вращению, и первичное происхождение рассматривают как один из вариантов. Носам факт регистрации гравитационной волны не сообщает, как родились ее источники. Похожие пары способны образоваться из звезд в двойных системах или в плотных звездных скоплениях.
Чтобы гипотеза стала убедительнее, нужно согласие сразу нескольких наборов данных: распределения масс, частоты слияний, расстояний до источников и независимых ограничений микролинзирования. Пока такого решающего сочетания нет.
Разумный вывод звучит сдержанно: первичные черные дырымогутсоставлять некоторую долю темной материи, но наблюдения сильно ограничивают эту долю. Главную массу темного вещества они пока не объяснили.
Впрочем, даже обнаружение небольшой доли стало бы событием. Оно рассказало бы о состоянии Вселенной в эпоху, которую нельзя увидеть обычными телескопами.
