Ученые предположили, что сверхлегкие «первичные» черные дыры могут рождаться из магнитных полей ранней Вселенной
Международная группа физиков предложила новый сценарий, объясняющий, как вскоре после Большого взрыва могли образоваться необычайно легкие первичные черные дыры. В отличие от популярной гипотезы, согласно которой такие объекты возникают из-за замедления инфляционного расширения, авторы работы делают ставку на космический магнетизм.
В первые мгновения после рождения Вселенная переживала колоссальное расширение — инфляцию. Обычно считалось, что за формирование структур отвечают крошечные квантовые флуктуации самого пространства. Но физики из Индийского технологического института показали: мощные магнитные поля, порожденные в эпоху инфляции, могут сами по себе создавать нужные сгустки материи.
Ключевую роль здесь играет особое взаимодействие, которое нарушает симметрию электромагнитного поля. В результате на малых масштабах генерируются сильные вихревые (спиральные) магнитные поля. Эти поля служат вторичным источником возмущений плотности, которые под действием гравитации коллапсируют в черные дыры.
Особенность нового механизма в том, что он предсказывает появление сверхлегких первичных черных дыр с массой от долей грамма до нескольких килограммов. Такие объекты не могут существовать долго: они испаряются через механизм Хокинга практически мгновенно по космическим меркам — задолго до начала эпохи первичного нуклеосинтеза, когда образовались первые ядра водорода и гелия.
Тем не менее, даже столь короткая жизнь способна кардинально повлиять на раннюю историю Вселенной. Если таких черных дыр рождается достаточно много, в какой-то момент они начинают доминировать над излучением и веществом. Наступает короткая, но важная «эра доминирования первичных черных дыр». Затем, испаряясь, они порождают новые потоки частиц и, что самое интересное, заметную рябь пространства-времени — гравитационные волны.
Ученые вычислили, что этот процесс оставляет двойной след. Во-первых, сами первичные магнитные поля создают особый «фон» гравитационных волн, форма которого напрямую зависит от свойств этих полей. Во-вторых, испарение легких черных дыр добавляет свою собственную гравитационно-волновую компоненту. Суммарный сигнал, по мнению авторов, может быть обнаружен будущими детекторами, включая резонансные камеры нового поколения.
Таким образом, если астрофизикам удастся зарегистрировать гравитационные волны нужного диапазона, это одновременно станет доказательством существования сверхлегких первичных черных дыр и подтверждением того, что в самой ранней Вселенной работали мощные магнитные механизмы. Пока что речь идет лишь о теоретической модели, но она предлагает способ связать воедино инфляцию, космический магнетизм, черные дыры и гравитационные волны — четыре кита современной космологии.
Исследование в журнале arXiv.