Оцінено ймовірність виявлення первісних чорних дірок (ПЧД) при їх проходженні крізь зірки

Двоє американських астрофізиків з Прінстонського і Нью-Йоркського університетів оцінили ймовірність виявлення первісних чорних дірок (ПЧД) при їх проходженні крізь зірки.

ПЧД різко відрізняються від відомих астрономам чорних дір, які утворюються в результаті колапсу великих зірок (і мають масу в ~10 сонячних) або формуються в центрах галактик, купуючи багато більшу масу в діапазоні 106-1010 сонячних. «Первісні» дірки займають вільну область мас, поступаються сонячної, і повинні були народжуватися з збурень густини в молодий Всесвіту. Оскільки загальна теорія відносності припускає розвиток як завгодно легких чорних дір, маса ПЧД цілком могла наближатися до планковскої (~10-5 м); при цьому треба враховувати, що час випаровування дірок, маса яких знаходиться нижче порогового значення Мисп ≈ 5•1014 р, не перевершує вік Всесвіту.

Гіпотеза про існування ПЧД цікавить багатьох космологів, так як «невидимі» чорні діри могли б становити холодну темну матерію. Астрономи вже займаються перевіркою цього припущення, орієнтуючись на те, що ПЧД з масою, незначно перевершує Мисп, випускають випромінювання Хокінга, причому спектр гамма-випромінювання, згідно з розрахунками, повинен мати пік в області 100 Мев. Вимірювання позагалактичного гамма-фону, виконані на телескопі EGRET космічної обсерваторії Compton, встановили деякі обмеження на параметри теоретичної моделі, але вони виявилися не надто суворими: ПЧД з масою більше 1017 р могли б складати всю темну матерію Всесвіту, і за даними EGRET це не суперечило.

Ще одна експериментальна методика, що підходить для важких ПЧД, ґрунтується на ефекті гравітаційного мікролінзування. При микролинзировании чорна діра проходить між Землею і віддаленої зіркою, внаслідок чого спостерігається яскравість останньої збільшується на час, пропорційний квадратному кореню з маси линзирующего об’єкта. Ця залежність допомогла учасникам проекту Expérience pour la Recherche d’une Objets Sombres встановити, що ПЧД з масою, що перевищує 0,6•10-7 сонячної (~1026 р), не можуть відповідати за більш ніж 8% маси гало Галактики.

Різні варіанти траєкторії руху ПЧД, прораховані астрофізиками. Сірий коло позначає Сонце. Як і слід було очікувати, чорна діра, ледь торкається «поверхні» Сонця (цей випадок позначений жовтим), не збуджує помітних осциляцій, тоді як дірки, проникаючі всередину зірки, можуть давати чіткий сигнал. (Ілюстрація з журналу Physical Review Letters.)

У новій роботі розглядається третій спосіб перевірки теорії, застосовний на недослідженому інтервалі мас 1017-1026 р. Автори виходять з того, що ПЧД, проходячи крізь світило, повинна порушувати його осциляції — змушувати зовнішній шар газу підніматися і опускатися. Аналогічні коливання сонячної поверхні, викликані звуковими хвилями, які порушуються внутрішніми флуктуаціями газового тиску, давно і успішно вивчають обсерваторії SOHO і SDO. Прилади, встановлені на цих автоматичних станціях, відзначають доплерівсько зрушення спектральних ліній, обумовлені коливаннями.

Результати обчислень, проведених американцями, показують, що одних спостережень Сонця буде явно недостатньо: якщо локальна щільність ПЧД не перевищує значення, розраховані для темної матерії, астрономи ризикують не дочекатися того моменту, коли чорна діра провзаімодействует з нашою зіркою. На щастя, астросейсмология — дисципліна, що вивчає осциляції зірок, — в останні роки розвивається надзвичайно швидкими темпами. Сучасні космічні телескопи «Кеплер» і CoRoT впевнено реєструють пульсації вельми віддалених світил, а майбутні місії (скажімо, Stellar Imager) ще спростять задачу виявлення ПЧД. На думку авторів, астросейсмологический метод відіграє важливу роль у пошуках первісних чорних дірок і компонентів темної матерії, якщо частки останньої не будуть знайдені на Землі в експериментах на зразок CoGeNT або CRESST-II.

Повна версія звіту опублікована в журналі Physical Review Letters; препринт статті можна завантажити з сайту arXiv.

Підготовлено за матеріалами PhysOrg.

Залишити відповідь

Ваша e-mail адреса не оприлюднюватиметься. Обов’язкові поля позначені *