Черные дыры размером с атом: новый поворот в разгадке тайн темной материи

Ученые предполагают, что крошечные черные дыры размером с атом, но массой с астероид, могут пролетать через внутреннюю часть Солнечной системы примерно раз в десятилетие. Эти загадочные объекты, известные как первичные черные дыры, могут объяснить загадку темной материи, которая, как считается, доминирует во Вселенной.

Согласно новому исследованию, опубликованному в журнале Physical Review D, если такая черная дыра пролетит вблизи Луны или Марса, ученые смогут ее обнаружить. Первичные черные дыры, теоретически, могли возникнуть сразу после рождения Вселенной, когда космос, как полагают, расширялся с огромной скоростью за долю секунды.

Во время этого расширения крошечные квантовые флуктуации плотности пространства увеличились, и некоторые области могли стать настолько плотными, что коллапсировали в черные дыры, рассеянные по всему космосу. Если темная материя объясняется именно этим явлением, их наиболее вероятная масса, согласно некоторым теориям, составляет от 10^17 до 10^23 граммов.

Сара Р. Геллер , физик-теоретик из Массачусетского технологического института (MIT) и соавтор исследования, объясняет: "Когда черная дыра проходит мимо, планета начинает колебаться. Колебания будут нарастать в течение нескольких лет, но в конечном итоге затухнут и сведутся к нулю".

Тунг Х. Тран, студент MIT, разработал компьютерную модель Солнечной системы, чтобы увидеть, как изменится расстояние между Землей и близлежащими объектами после пролета черной дыры. Согласно его выводам, эффект будет наиболее заметен для Марса, расстояние до которого ученые знают с точностью до 10 сантиметров, поскольку мы регулярно отправляем на Красную планету многочисленные зонды и посадочные модули.

"Мы обнаружили, что через три года сигнал вырастет до 1-3 метров", - говорит Тран. "Это намного выше порога точности, который мы можем измерить".

Если ученые обнаружат такое возмущение, им придется определить, было ли оно вызвано черной дырой или обычным астероидом. Отслеживая характер колебаний во времени, можно проследить траекторию объекта и предсказать, куда он направится в будущем. Если объект окажется астероидом, его смогут увидеть телескопы. Кроме того, большинство астероидов происходят из Солнечной системы и, следовательно, вращаются в той же плоскости, что и планеты. Первичная черная дыра, напротив, прибудет издалека и, вероятно, будет иметь иную траекторию, чем астероид.

Другой потенциальный способ поиска первичных черных дыр в Солнечной системе - анализ более подробных данных о самих астероидах, особенно астероида Бенну, который очень точно отслеживается текущей космической миссией OSIRIS-REx .

Первичные черные дыры становятся все более привлекательным решением загадки темной материи - невидимой формы массы, которая, по мнению физиков, составляет большую часть материи во Вселенной. Долгое время физики считали, что темная материя, вероятно, принимает форму так называемых слабо взаимодействующих массивных частиц (WIMP). Однако многолетние эксперименты, призванные обнаружить эти частицы, не дали результатов.

Физики все чаще приходят к выводу, что темная материя может взаимодействовать с обычным веществом только посредством гравитации. Это отличает ее от WIMP, которые, как считалось, могли взаимодействовать с обычной материей еще и через слабое ядерное взаимодействие. Если темная материя действительно состоит из первичных черных дыр, то обнаружить их присутствие можно будет исключительно по создаваемому ими гравитационному эффекту.

В том же выпуске Physical Review D независимая группа исследователей опубликовала статью о поиске признаков первичных черных дыр, пролетающих вблизи Земли. Их моделирование показало, что такие сигналы могут быть обнаружены в орбитальных данных Глобальных навигационных спутниковых систем, а также гравиметрами, измеряющими вариации гравитационного поля нашей планеты.

Дэвид И. Кайзер из MIT, соавтор исследования по измерению расстояния между Землей и Марсом, отмечает, что эти две работы хорошо дополняют друг друга.

Хотя микроскопические черные дыры могут проходить относительно близко, шансы на то, что одна из них пройдет через человеческое тело, невероятно малы. Однако если бы это произошло, последствия были бы катастрофическими: крошечная черная дыра, двигаясь сквозь тело, притягивала бы все к себе, вызывая смертельное сжатие клеток. Хотя, скорее всего, ее ничтожный объем предотвратил бы полное разрушение организма.