Согласно новому исследованию, опубликованному в журнале Physical Review D, менее чем через секунду после Большого взрыва, если частицы конденсировались в гало из материи, эти гало могли коллапсировать, создавая первые чёрные дыры, бозонные звёзды и так называемые звёзды-каннибалы. Исследование проведено группой учёных из Международной школы перспективных исследований (SISSA) в сотрудничестве с Институтом физики и астрофизики (IFPU), Национальным институтом ядерной физики (INFN) и Варшавским университетом.
Основываясь на гипотезе, предложенной некоторыми космологическими моделями, авторы изучили, как частицы могли взаимодействовать друг с другом в ранние фазы Вселенной.
Авторы исходили из гипотезы, предложенной некоторыми космологическими моделями, о том, что на самых ранних этапах существования Вселенной была краткая Эпоха доминирования материи (EMDE). Основываясь на этой гипотезе, авторы изучили, как частицы могли взаимодействовать друг с другом. Они обнаружили, что такие взаимодействия могли привести к появлению удивительного разнообразия космических объектов.
Исследование показывает, что даже в первые мгновения после Большого взрыва Вселенная могла быть ареной для богатой и сложной физической феноменологии.
Прогресс в космологии позволил детально реконструировать историю Вселенной
Недавние достижения в космологии позволили детально реконструировать историю Вселенной — от быстрого начального расширения, известного как инфляция, до первичного нуклеосинтеза, формирования первых атомных ядер тяжелее водорода, которое произошло между 10 секундами и 20 минутами после Большого взрыва. Однако промежуточный период остаётся в значительной степени неисследованным.
Как объясняют авторы, «интригующей возможностью является то, что в течение этого интервала материя временно доминировала во Вселенной». В этом сценарии могут естественным образом формироваться гало из материи. Более того, если частицы могли взаимодействовать друг с другом, то эти взаимодействия могли привести к гравитотермическому коллапсу, в результате которого могли появиться компактные объекты, такие как чёрные дыры и другие экзотические космические структуры.
Среди этих компактных объектов исследователи предполагают возможность формирования звёзд-каннибалов
Среди этих компактных объектов исследователи предполагают возможность формирования звёзд-каннибалов. Звёзды-каннибалы похожи на традиционные звёзды, за исключением того, что источником энергии для них является не ядерный синтез, а самоаннигиляция частиц.
В то же время, отмечают авторы, могли также сформироваться бозонные звёзды, где квантовая природа частиц поддерживает звезду. Эти звёзды могли населять новорождённую Вселенную всего несколько секунд, прежде чем коллапсировать в ещё более компактные первичные чёрные дыры (PBHs). Альтернативно PBHs могли образоваться непосредственно в результате коллапса гало из материи.
Согласно исследованию, гало, сформировавшиеся в течение EMDE, имели относительно небольшие массы (меньше 10²⁸ граммов) и после гравитотермического коллапса могли породить ещё более мелкие первичные чёрные дыры. Используя упрощённую теоретическую модель, исследователи показали, что в некоторых случаях PBHs могли быть перепроизведены, что противоречит наблюдаемым ограничениям; в других случаях могли образоваться PBHs массой с астероид, что потенциально объясняет всю тёмную материю во Вселенной.
Некоторые PBHs могли быстро испаряться, исчезая до первичного нуклеосинтеза, то есть до формирования лёгких атомов, таких как водород и гелий.
Результаты также открывают более широкие перспективы. Как заключают авторы, «было бы интересно изучить формирование звёзд-каннибалов и бозонных звёзд в современной Вселенной через коллапс гало из самовзаимодействующей тёмной материи. Более того, хотя это более спекулятивно, изучение формирования звёзд и аккреции в простых моделях частиц может дать новое понимание сложных астрофизических процессов, которые формируют нашу Вселенную».
Предоставлено Международной школой перспективных исследований (SISSA).