Александр Долгов из Новосибирского государственного университета обратился к проблеме избытка черных дыр в ранней Вселенной и, отталкиваясь от последних наблюдательных данных, пришел к выводу, что такой избыток связан с первичными черными дырами, впервые предсказанными Новиковым и Зельдовичем еще в советское время. Чтобы объяснить этот избыток, Долгов обращается к механизму, впервые обозначенному еще в статье 1967 года. С текстом соответствующей работы можно ознакомиться на сервере препринтов Корнелльского университета.

Исследователь отмечает, что стандартная космологическая модель предполагала будто формирование большого количества звезд, черных дыр и тяжелых элементов (и дыры и тяжелые элементы образуются из звезд) потребуется заметное время, и, соответственно, в ранней Вселенной их будет довольно мало. Однако астрономические наблюдения последних лет показали совсем иную картину.

Уже сегодня известно около 40 квазаров (объектов, в центре которых находятся сверхмассивные черные дыры) на красном смещении меньше z=6. Такое красное смещение соответствует возрасту событий в 12,9 миллиарда лет и менее. Что особенно удивляет - масса черных дыр в центрах таких квазаров до миллиардов масс Солнца, что в сотни раз выше, чем у Стрельца А* - сверхмассивной черной дыры в центре нашей Галактики. Но нашей галактике многие миллиарды лет, а 12,9 миллиарда лет назад и всей Вселенной не было миллиарда лет. Когда эти десятки черных дыр успели набрать такую огромную массу? Ни одна существующая сегодня модель роста черных дыр не показывает, что такой быстрый рост вообще возможен. Аккреционный диск, через который черная дыра захватывает вещество, позволяет ей расти никак не быстрее миллионов масс Солнца за миллиарда лет. Сходные проблемы наблюдаются и с галактиками - самые молодые из них образовались через 400 миллионов лет после Большого взрыва, хотя в теории за это время просто не могло образоваться достаточное количество звезд.

Большие проблемы возникают не только с объектами ранней Вселенной, но с существующими ныне. В современных эллиптических галактиках массы черных дыр иной разы превышают десяток миллиардов масс Солнца. Ни одна модель поглощения материи черной дырой не показывает возможности набора ею такой массы за срок равный 15 миллиардам лет. Однако и этот срок больше, чем время жизни нашей Вселенной.

Другой проблемой являются недавние открытия слияний черных дыр, сделанные с помощью гравитационных детекторов LIGO. Большинство известных на сегодня кандидатов - пары черных дыр, массивнее 30 масс Солнца. Не так просто представить себе, как такие пары могли бы появиться. Дело в том, что если они образовались из массивных звезд, то все модели эволюции пар массивных звезд указывают на то, что одна из них должна стать черной дырой быстрее другой - и затем "обокрасть" второе светило, перетянув на себя материю из его внешних слоев, после чего вторая звезда по идее уже не должна стать черной дырой, тем более - имеющей массу от 30 солнечных и выше.

Чтобы объяснить весь этот набор данных, слабо совместимых со стандартной моделью космологии, Долгов предлагает обратиться к конкреции первичных черных дыр. Впервые возможность их существования была предсказана Зеельдовичем и Новиковым в 1960-х годах. В ее рамках сразу после Большого взрыва, когда давление и температура во Вселенной были еще достаточно высокими, колебания в плотности распределения материи были весьма высокими - настолько, что ее плотность в ряде точек могла быть достаточной для коллапсирования в черные дыры.

Согласно Долгову, такие первичные черные дыры могут решить сразу несколько проблем современной космологии. Во-первых, если они есть, то должны быть распределены не так, как распределены звезды и газ/пыль в галактиках, а более равномерно - поскольку неоднородности в первичном распределения материи должны были быть распределены сравнительно равномерно. То есть первичных черных дыр должно быть много на окраинах галактик, в районах. Которые принято называть галактическим гало. Там они могут играть роль того, что астрономы сейчас называют темной материй - раскручивать периферийные области галактик. Это объяснило бы то, почему никаких частиц темной материи в целом ряде экспериментов найти так и не удалось.

Кроме того, концепция первичных черных дыр может объяснить эволюцию галактик. Как отмечает автор, эллиптические галактики большой массы имеют, как правило, центральные черные дыры массой в миллиарды масс Солнца, а спиральные, типа нашей - лишь в миллионы масс Солнца. Возможно, предполагает он, форма галактик определяется тем, какая первичная черная дыра оказалась в ее центре в ранней Вселенной - там, где дыра была массивнее возникла эллиптическая галактика. Там, где менее массивной - спиральная.

Естественно, в таком сценарии легко объяснить и существования пар черных дыр, слияние которых регистрирует LIGO - это просто первичные черные дыр умеренных масс. Ясно и то, откуда в ранней Вселенной, менее чем через миллиард лет после Большого взрыва появились квазары с черными дырами в миллиарды масс Солнца. Естественно, что если какие-то первичные черные дыр имели особо большую массу, то они могли быть сверхмассивными уже в самом начале своей истории. Понятно и то, почему галактики во Вселенной появляются в первые сотни миллионов лет после Большого взрыва - "семена" в виде первичных черных дыр должны были бы резко ускорить эволюцию галактик, собирая своим тяготением вещество из окружавшего их пространства.

Похожие новости

  • 22/08/2018

    Учеными впервые запечатлены флуктуации при квантовом фазовом переходе

    Физики впервые смогли напрямую зафиксировать локальную динамику системы, которая совершает квантовый фазовый переход, — аналог таких процессов, как конденсация и кристаллизация. В результате ученые пронаблюдали квантовый аналог пузырей пара, которые появляются в воде во время кипения.
    288
  • 04/10/2018

    Фестиваль науки «Кстати» состоялся в Новосибирске

    Фестиваль науки «Кстати» прошёл в Новосибирске в третий раз. Темой этого года стал «Горизонт событий». 30 мероприятий фестиваля за пять дней посетили около 2500 человек. Главного события — открытия нового Информационного центра по атомной энергии в НГТУ — новосибирцы ждали особенно.
    278
  • 12/05/2016

    Ученые представили результаты анализа всех доступных данных по измерению осцилляций Bs-мезонов

    Коллектив ученых из эксперимента LHCb на Большом адронном коллайдере, в состав которого входит группа из Новосибирского государственного университета и Института ядерной физики СО РАН, выяснил, с какой вероятностью B0s-мезон, состоящий из прелестного антикварка и странного кварка, превращается в свою античастицу и наоборот.
    1193
  • 09/06/2018

    ИЯФ СО РАН предоставит площадку для лечения

    ​Институт ядерной физики им. Г.И. Будкера СО РАН готов предоставить на своей территории площадку для лечения методом бор-нейтронозахватной терапии онкобольных, которым не помогают другие методы. Это должно быть временным решением до появления специализированной клиники, проект которой разрабатывается в Новосибирском государственном университете.
    601
  • 24/07/2018

    О путях развития региональной энергетики

    Наверное, сегодня уже никто не будет спорить с тем, что создание мини-электростанций и перевод газовых котельных в режим комбинированной выработки тепла и электричества – один из основных путей развития региональной энергетики.
    230
  • 22/09/2016

    В Новосибирске планируют создать клинику для лечения методом БНЗТ

    ​Новосибирский государственный университет в сотрудничестве с российскими и зарубежными научными организациями работает над реализацией масштабного проекта по созданию клиники для лечения глиобластомы мозга и других онкологических заболеваний с помощью метода бор-нейтронозахватной терапии и ускорительного источника нейтронов Института ядерной физики им Г.
    2439
  • 23/11/2017

    Сибирские ученые модернизировали метод расчета движения жидкостей

    ​Исследователи из Сибирского федерального университета (СФУ) в сотрудничестве с коллегами из Московского государственного университета и Сибирского отделения РАН предложили использовать для гидродинамических расчетов систему из нескольких графических процессоров вместо центрального.
    551
  • 04/08/2017

    Новосибирские ученые исследуют новые типы волоконных лазеров для линий связи

    Ученые НГУ, выигравшие грант Российского научного фонда (РНФ), намерены создать новый тип волоконных лазеров для высокоскоростных линий связи. Успешная реализация проекта позволит применить разработанные лазеры в качестве задающих источников информационного сигнала в телекоммуникационных системах на основе суперканалов.
    1081
  • 18/03/2016

    Ученые из НГУ совершенствуют параметры атомных часов

    ​Ученые из Отдела лазерной физики и инновационных технологий НГУ (ОЛФиИТ) изучали динамические режимы формирования резонанса когерентного пленения населённостей в парах рубидия и впервые обнаружили эффект задержки просветления паров рубидия относительно управляющего сигнала.
    1713
  • 27/03/2017

    Новосибирские ученые создали материал, обеспечивающий 30 лет непрерывной работы химического реактора

    Ученые из Института ядерной физики (ИЯФ) СО РАН и Новосибирского государственного технического университета (НГТУ) создали новую технологию сплавления титана и тантала, в результате чего получили особо стойкий к коррозии и агрессивным средам материал.
    1476