Учёные, возможно, нашли новый способ обнаружения одних из самых загадочных объектов во Вселенной — первичных чёрных дыр (ПЧД), используя излучение Хокинга. Этот новаторский подход заключается в наблюдении за сигнатурами их излучения, когда они проходят через Солнечную систему. Этот метод может наконец помочь нам решить одну из самых больших загадок космологии: что составляет невидимую тёмную материю, которая составляет 85% всей материи во Вселенной.
Природа тёмной материи до сих пор ускользает от нас. Мы знаем, что она существует, потому что видим её гравитационные эффекты на галактики и другие космические структуры, но мы так и не выяснили, что она собой представляет. Среди основных кандидатов — ПЧД, древние чёрные дыры, которые образовались в самые ранние моменты существования Вселенной из чрезвычайно плотных сгустков материи, возникших вскоре после Большого взрыва.
Ключ к обнаружению этих древних объектов, как предлагается в новой статье, лежит в излучении Хокинга — явлении, при котором все чёрные дыры излучают излучение, обратно пропорциональное их массе. Меньшие чёрные дыры излучают более интенсивно, в то время как большие — менее. Предыдущие попытки их обнаружения основывались на изучении космического микроволнового фона, но эта новая идея предполагает, что мы можем обнаружить отдельные чёрные дыры, когда они проносятся через нашу Солнечную систему.
Преимущество этого метода заключается в его точности. Вместо того чтобы извлекать слабые сигналы из космического фона, учёные будут искать характерные временные всплески в обнаружении позитронов, когда ПЧД проходит рядом с Землёй.
Исследование, проведённое Александрой П. Клипфель и опубликованное на сервере препринтов arXiv, включает в себя расчёт того, как часто эти древние чёрные дыры могут проходить через внутреннюю часть Солнечной системы, и моделирование сигнатур излучения, которые они будут производить. Результаты многообещающие: моделирование показывает около одного обнаруживаемого транзита ПЧД в год.
Это представляет собой значительное улучшение по сравнению с текущими методами обнаружения. Вместо того чтобы полагаться на сложные модели распространения космических лучей и распределения галактической тёмной материи, которые вносят неопределённость, этот подход обеспечит прямые локальные измерения с точной информацией о времени.
Исследователи показывают, что, измеряя позитроны каждый день (используя то же качество данных, которое уже собирает AMS), они могут обнаружить специфические типы древних чёрных дыр, которые могут составлять большую часть тёмной материи.
Техника также может быть расширена за пределы позитронов. Исследователи предполагают, что поиск гамма- и рентгеновского излучения от излучения Хокинга может пролить свет на диапазон масс астероидов (массы ПЧД варьируются от 10^17 граммов, примерно равных массе небольшого астероида, до 10^23 граммов, что сопоставимо с массой Цереры), потенциально охватывая весь диапазон, где ПЧД могут составлять всю тёмную материю.
Этот подход представляет собой значительный сдвиг в обнаружении тёмной материи — от пассивного наблюдения к активной охоте за отдельными объектами в нашем непосредственном окружении. Если этот метод окажется успешным, он не только обнаружит тёмную материю, но и предоставит подробную информацию о распределении масс и обилии ПЧД.
По мере улучшения возможностей обнаружения и ввода в эксплуатацию новых космических обсерваторий этот метод может наконец ответить на вопрос, состоит ли невидимый каркас нашей Вселенной из древних чёрных дыр размером с астероид, дрейфующих в космосе и время от времени выдающих своё присутствие слабым свечением излучения Хокинга.