Согласно новому исследованию, теоретическое явление, предложенное знаменитым физиком Стивеном Хокингом, могло изменить форму Вселенной. В 1970-х годах Хокинг представил революционную концепцию: чёрные дыры, которые традиционно рассматривались как космические объекты, поглощающие всё, что находится поблизости, могут испускать излучение, подобное тому, что испускает нагретый объект. Это явление, ныне известное как излучение Хокинга, остаётся теоретическим из-за минимальной мощности излучения, рассчитанной для звёздных и сверхмассивных чёрных дыр.

Однако недавнее исследование, опубликованное в "Журнале космологии и физики астрочастиц", предполагает, что это неуловимое излучение могло существенно повлиять на раннюю структуру Вселенной. Исследователи предполагают, что первичные чёрные дыры, которые, как считается, существовали вскоре после Большого взрыва, могли испускать интенсивное излучение Хокинга, оставляя заметные следы в космосе, который мы наблюдаем сегодня.

Интригующая возможность заключается в том, что ранняя Вселенная прошла фазу, в которой плотность энергии была обусловлена первичными чёрными дырами, которые затем испарились из-за излучения Хокингаю

текст авторов работы

Они упоминают, что общее следствие существования сверхлёгких первичных чёрных дыр, так как даже небольшое первоначальное количество таких объектов быстро стало бы доминирующим во Вселенной по мере её расширения.

Расшифровка излучения Хокинга

В своей основополагающей работе Хокинг частично объединил математические основы общей теории относительности и квантовой механики — двух фундаментальных теорий физики, которые ещё предстоит полностью объединить, — для изучения физики чёрных дыр. Он обнаружил, что чёрные дыры, которые когда-то считались непреодолимыми ловушками, на самом деле могут испускать частицы, в том числе фотоны (свет). Важно отметить, что интенсивность излучения уменьшается по мере увеличения массы чёрной дыры. Это означает, что чёрные дыры, образовавшиеся в результате коллапса звёзд, а также сверхмассивные чёрные дыры, удерживающие галактики, излучают настолько слабо, что их излучение Хокинга невозможно обнаружить с помощью современных приборов.

Однако широко распространено мнение, что в ранней Вселенной могли образоваться гораздо более мелкие чёрные дыры — каждая массой менее 100 тонн. Эти так называемые первичные чёрные дыры испускали бы частицы с достаточно высокой скоростью, чтобы влиять на космические структуры, такие как галактики и скопления. Различные космологические сценарии предсказывают образование чёрных дыр в ранней Вселенной. Например, первичные чёрные дыры могли образоваться в результате гравитационного коллапса сверхплотных областей".

Примечательно, что излучение Хокинга от этих первичных чёрных дыр будет охватывать все типы частиц, включая гипотетические частицы, которые слабо взаимодействуют с известными частицами, описанными Стандартной моделью. Это означает, что такое излучение может стать уникальным способом изучения этих неуловимых частиц, которые, возможно, невозможно получить на ускорителях частиц.

Используя уравнения общей теории относительности Эйнштейна, исследовательская группа проанализировала различные частицы с разной массой и спином, чтобы определить их влияние на распределение материи во Вселенной. Например, если бы присутствовало большое количество лёгких, быстро движущихся частиц, они могли бы препятствовать формированию небольших галактик, поскольку таким частицам было бы трудно собраться в достаточном количестве для формирования плотных структур. Группа также изучила другие возможные эффекты, которые могут оказывать эти частицы.

Если какие-либо из этих частиц стабильны и существуют по сей день, мы называем их реликтами Хокинга", — объяснили исследователи в своей статье. "Безмассовые реликты Хокинга вносят вклад в бюджет космического излучения [...] и могут быть обнаружены при измерении космического микроволнового фона.

текст авторов работы

Ученые тщательно изучили, как реликвии Хокинга могут влиять на современную космическую структуру. Хотя они не нашли прямых доказательств существования этих реликвий, их анализ позволил им определить свойства как частиц, так и первичных черных дыр, которые могли их испускать.

Если бы в период формирования первых ядер существовало значительное количество испаряющихся чёрных дыр, то прогнозируемое количество атомных ядер во Вселенной было бы неверным. Таким образом, мы предполагаем, что первичные чёрные дыры испарились до этого периода, что даёт нам верхнюю границу их массы в пятьсот тонн.

текст авторов работы

Команда исследователей также изучила гипотезу о том, что реликвии Хокинга могут представлять собой тёмную материю, на долю которой приходится примерно 85% всей материи во Вселенной. Их результаты показывают, что реликвии Хокинга не являются хорошим кандидатом на роль тёмной материи. Физики предположили, что количество тёплых реликтовых частиц Хокинга составляет менее двух процентов от тёмной материи, даже если первичные чёрные дыры породили несколько различных видов реликтовых частиц.

Перспективы на будущее

Хотя текущие наблюдения не подтвердили существование реликвий Хокинга, исследователи сохраняют оптимизм. Они считают, что будущие приборы с более высокой точностью смогут обнаружить эти реликвии, тем самым подтвердив существование излучения Хокинга и первичных чёрных дыр и позволив экспериментально изучить их свойства.

Обнаружение реликвии Хокинга откроет окно в термическое состояние ранней Вселенной.... Это не только важно для космологии ранней Вселенной, но и откроет новую главу в физике элементарных частиц за пределами Стандартной модели и даст первые наблюдаемые доказательства излучения Хокинга, испарения чёрных дыр и первичных чёрных дыр.

сообщение группы ученых

Таким образом, хотя излучение Хокинга остаётся теоретической конструкцией, его потенциальная роль в формировании ранней структуры Вселенной открывает заманчивые перспективы для исследований. Изучение первичных чёрных дыр и их возможных останков может дать глубокое понимание как космологии, так и физики элементарных частиц, тем самым восполняя пробелы в нашем понимании ранней Вселенной.

Добавки с витамином D могут замедлить развитие рассеянного склероза.

Фото:pxhere.com