Первичная чёрная дыра
Первичная чёрная дыра — гипотетический тип чёрной дыры, которая образовывалась не за счёт гравитационного коллапса крупной звезды, но в сверхплотной материи в момент начального расширения Вселенной.
Согласно модели Большого взрыва, после так называемой планковской эпохи давление и температура во Вселенной были сверхвысокими[1]. В этих условиях простые колебания плотности материи были достаточно значительными, чтобы способствовать возникновению чёрных дыр. Хотя большинство областей с высокой плотностью в связи с расширением Вселенной удалились друг от друга, первичные чёрные дыры, будучи стабильными, могли сохраниться до настоящего времени.
Космологами высказано предположение, что первичные чёрные дыры с массами в диапазоне от 1014 кг до 1023 кг[2] могут составлять тёмную материю[3]. Это наиболее тяжелые кандидаты на частицы тёмной материи[4]. Чёрные дыры с такими массами (типичный диапазон масс астероидов) включают объекты как достаточно мелкие, чтобы они могли сохраниться до настоящего времени, и при этом достаточно большие, чтобы объяснить наблюдаемый эффект гравитационных линз.
Возможность обнаружения
Один из возможных способов обнаружения первичных чёрных дыр — отслеживание их излучения Хокинга. Стивен Хокинг предположил в 1974 году, что большое число небольших первичных чёрных дыр может существовать в области галактического гало нашей Галактики. Согласно теории, все чёрные дыры испускают излучение Хокинга в количестве, обратно пропорциональном их массе. Поскольку это излучение сокращает их массу, чёрные дыры с очень малыми массами будут быстро «испаряться», производя на заключительном этапе взрыв, эквивалентный взрыву водородной бомбы в миллионы мегатонн[5]. С другой стороны, стабильная чёрная дыра с массой около 3-х солнечных масс не может потерять свою массу за время существования Вселенной (ей потребуется на это примерно 1069 лет). Но, поскольку первичные чёрные дыры образуются не путём коллапса звёзд, они могут быть любого размера, и чёрная дыра с массой около 1011 кг будет иметь срок существования, примерно равный возрасту Вселенной (около 13 миллиардов лет). Если такие маломассивные чёрные дыры возникли в достаточном количестве в период Большого взрыва, сегодня мы должны иметь возможность наблюдать некоторые из них. Космический гамма-телескоп Ферми, запущенный на спутнике НАСА в июне 2008 года, в частности, предназначался для поиска «испаряющихся» первичных черных дыр. Но если излучение Хокинга на самом деле не существует, обнаружить первичные чёрные дыры будет крайне сложно, если не невозможно вообще, в силу их небольшого размера и силы тяготения. Было высказано предположение[6][7], что микроскопические чёрные дыры с массой порядка нуклона и огромными скоростями могут беспрепятственно проникать сквозь Землю без вредных последствий для неё, производя при этом уловимый акустический сигнал.
Ещё один способ обнаружить первичные чёрные дыры — наблюдение за поверхностью звёзд. Если чёрная дыра проходит через видимую звезду, плотность последней может испытывать наблюдаемые колебания[8][9].
Последствия
Испарение первичных чёрных дыр было предложено в качестве одного из возможных объяснений для гамма-всплесков. Другие космологические проблемы, решение которых может быть связано с первичными чёрными дырами, включают проблему тёмной материи, проблему космологической доменной стенки[en][10] и проблему космологического монополя[11]. Поскольку первичные чёрные дыры могут быть любого размера, вопрос о них также актуален при рассмотрении возникновения галактик.
Даже если изучение первичных чёрных дыр не разрешит вышеперечисленные проблемы, выявленные чёрные дыры (по состоянию на 2010 год, подтверждено существование только двух чёрных дыр средней массы) позволяют установить ограничения на спектр флуктуаций плотности на раннем этапе существования Вселенной.
Теория струн
Согласно представлениям общей теории относительности, самые маленькие первичные чёрные дыры должны были «испариться» к настоящему времени, но если они расположены в четырёхмерном пространстве, где, как было предсказано теорией струн, сила гравитации не действует в малых масштабах, это «весьма существенно замедлит испарение»[12]. Это может означать, что в настоящее время в нашей Галактике имеется несколько тысяч первичных чёрных дыр. Для проверки этой теории используется космический гамма-телескоп Ферми, запущенный на спутнике НАСА в июне 2008 года. В случае появления определённой интерференционной картины гамма-всплесков, это может быть первым косвенным подтверждением существования первичных чёрных дыр и теории струн.
Напишите отзыв о статье "Первичная чёрная дыра"
Примечания
- ↑ [abyss.uoregon.edu/~js/ast123/lectures/lec17.html The Plank Epoch]
- ↑ Michael Kesden, Shravan Hanasoge, (Sept 2011) «Transient solar oscillations driven by primordial black holes», Physical Review Letters. arxiv.org/PS_cache/arxiv/pdf/1106/1106.0011v1.pdf
- ↑ [www.cosmos-journal.ru/elements/Изначальная_черная_дыра/ Изначальная чёрная дыра]
- ↑ [www.cosmos-journal.ru/articles/326/ Поиск изначальных черных дыр]
- ↑ Hawking, S.W. (1977). The quantum mechanics of black holes. Scientific American, 236, p. 34-40.
- ↑ I. B. Khriplovich, A. A. Pomeransky, N. Produit and G. Yu. Ruban, Can one detect passage of small black hole through the Earth?, [arxiv.org/abs/0710.3438 preprint]
- ↑ I. B. Khriplovich, A. A. Pomeransky, N. Produit and G. Yu. Ruban, Passage of small black hole through the Earth. Is it detectable?, [arxiv.org/abs/0801.4623 preprint]
- ↑ [www.space.com/13026-dark-matter-primordial-black-holes.html Primitive Black Holes Could Shine].
- ↑ [journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.107.111101 Transient Solar Oscillations Driven by Primordial Black Holes].
- ↑ D. Stojkovic; K. Freese and G. D. Starkman (2005). «[link.aps.org/abstract/PRD/v72/e045012 Holes in the walls: primordial black holes as a solution to the cosmological domain wall problem]». Phys. Rev. D 72 (4). arXiv:hep-ph/0505026. DOI:10.1103/PhysRevD.72.045012. . [arxiv.org/abs/hep-ph/0505026 preprint]
- ↑ D. Stojkovic (2005). «A black hole solution to the cosmological monopole problem». Phys. Lett. B 606 (3-4): 251–257. arXiv:hep-ph/0403248. DOI:10.1016/j.physletb.2004.12.019. . [arxiv.org/abs/hep-ph/0403248 preprint]
- ↑ McKee, Maggie. (2006) [www.newscientistspace.com/article/dn9240-satellite-could-open-door-on-extra-dimension.html NewScientistSpace.com — Satellite could open door on extra dimension]
Литература
- S.W. Hawking, [www.slac.stanford.edu/spires/find/hep/www?key=165336 Commun.Math. Phys. 43 (1975) 199] : Original article proposing existence of radiation
- D. Page, [prola.aps.org/abstract/PRD/v13/i2/p198_1 Phys. Rev. D13 (1976) 198] : First detailed studies of the evaporation mechanism
- B.J. Carr & S.W. Hawking, [adsabs.harvard.edu/cgi-bin/nph-bib_query?bibcode=1974MNRAS.168..399C Mon. Not. Roy. Astron. Soc 168 (1974) 399] : Describes links between primordial black holes and the early universe
- A. Barrau et al., [arxiv.org/abs/astro-ph/0112486 Astron. Astrophys. 388 (2002) 676], [arxiv.org/abs/astro-ph/0207395 Astron. Astrophys. 398 (2003) 403], [arxiv.org/abs/astro-ph/0505436 Astrophys. J. 630 (2005) 1015] : Experimental searches for primordial black holes due to the emitted antimatter
- A. Barrau & G. Boudoul, [arxiv.org/abs/astro-ph/0212225 Review talk given at the International Conference on Theoretical Physics TH2002] : Cosmology with primordial black holes
- A. Barrau & J. Grain, [arxiv.org/abs/hep-ph/0311238 Phys. Lett. B 584 (2004) 114] : Searches for new physics (quantum gravity) with primordial black holes
- P. Kanti, [arxiv.org/abs/hep-ph/0402168 Int. J. Mod. Phys. A19 (2004) 4899] : Evaporating black holes and extra-dimension
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Отрывок, характеризующий Первичная чёрная дыра
– Старайтесь служить хорошо и быть достойным, – прибавил он, строго обращаясь к Борису. – Я рад… Вы здесь в отпуску? – продиктовал он своим бесстрастным тоном.– Жду приказа, ваше сиятельство, чтоб отправиться по новому назначению, – отвечал Борис, не выказывая ни досады за резкий тон князя, ни желания вступить в разговор, но так спокойно и почтительно, что князь пристально поглядел на него.
– Вы живете с матушкой?
– Я живу у графини Ростовой, – сказал Борис, опять прибавив: – ваше сиятельство.
– Это тот Илья Ростов, который женился на Nathalie Шиншиной, – сказала Анна Михайловна.
– Знаю, знаю, – сказал князь Василий своим монотонным голосом. – Je n'ai jamais pu concevoir, comment Nathalieie s'est decidee a epouser cet ours mal – leche l Un personnage completement stupide et ridicule.Et joueur a ce qu'on dit. [Я никогда не мог понять, как Натали решилась выйти замуж за этого грязного медведя. Совершенно глупая и смешная особа. К тому же игрок, говорят.]
– Mais tres brave homme, mon prince, [Но добрый человек, князь,] – заметила Анна Михайловна, трогательно улыбаясь, как будто и она знала, что граф Ростов заслуживал такого мнения, но просила пожалеть бедного старика. – Что говорят доктора? – спросила княгиня, помолчав немного и опять выражая большую печаль на своем исплаканном лице.
– Мало надежды, – сказал князь.
– А мне так хотелось еще раз поблагодарить дядю за все его благодеяния и мне и Боре. C'est son filleuil, [Это его крестник,] – прибавила она таким тоном, как будто это известие должно было крайне обрадовать князя Василия.
Князь Василий задумался и поморщился. Анна Михайловна поняла, что он боялся найти в ней соперницу по завещанию графа Безухого. Она поспешила успокоить его.
– Ежели бы не моя истинная любовь и преданность дяде, – сказала она, с особенною уверенностию и небрежностию выговаривая это слово: – я знаю его характер, благородный, прямой, но ведь одни княжны при нем…Они еще молоды… – Она наклонила голову и прибавила шопотом: – исполнил ли он последний долг, князь? Как драгоценны эти последние минуты! Ведь хуже быть не может; его необходимо приготовить ежели он так плох. Мы, женщины, князь, – она нежно улыбнулась, – всегда знаем, как говорить эти вещи. Необходимо видеть его. Как бы тяжело это ни было для меня, но я привыкла уже страдать.
Князь, видимо, понял, и понял, как и на вечере у Annette Шерер, что от Анны Михайловны трудно отделаться.
– Не было бы тяжело ему это свидание, chere Анна Михайловна, – сказал он. – Подождем до вечера, доктора обещали кризис.
– Но нельзя ждать, князь, в эти минуты. Pensez, il у va du salut de son ame… Ah! c'est terrible, les devoirs d'un chretien… [Подумайте, дело идет о спасения его души! Ах! это ужасно, долг христианина…]
Из внутренних комнат отворилась дверь, и вошла одна из княжен племянниц графа, с угрюмым и холодным лицом и поразительно несоразмерною по ногам длинною талией.
Князь Василий обернулся к ней.
– Ну, что он?
– Всё то же. И как вы хотите, этот шум… – сказала княжна, оглядывая Анну Михайловну, как незнакомую.
– Ah, chere, je ne vous reconnaissais pas, [Ах, милая, я не узнала вас,] – с счастливою улыбкой сказала Анна Михайловна, легкою иноходью подходя к племяннице графа. – Je viens d'arriver et je suis a vous pour vous aider a soigner mon oncle . J`imagine, combien vous avez souffert, [Я приехала помогать вам ходить за дядюшкой. Воображаю, как вы настрадались,] – прибавила она, с участием закатывая глаза.
Княжна ничего не ответила, даже не улыбнулась и тотчас же вышла. Анна Михайловна сняла перчатки и в завоеванной позиции расположилась на кресле, пригласив князя Василья сесть подле себя.
– Борис! – сказала она сыну и улыбнулась, – я пройду к графу, к дяде, а ты поди к Пьеру, mon ami, покаместь, да не забудь передать ему приглашение от Ростовых. Они зовут его обедать. Я думаю, он не поедет? – обратилась она к князю.
– Напротив, – сказал князь, видимо сделавшийся не в духе. – Je serais tres content si vous me debarrassez de ce jeune homme… [Я был бы очень рад, если бы вы меня избавили от этого молодого человека…] Сидит тут. Граф ни разу не спросил про него.
Он пожал плечами. Официант повел молодого человека вниз и вверх по другой лестнице к Петру Кирилловичу.
Пьер так и не успел выбрать себе карьеры в Петербурге и, действительно, был выслан в Москву за буйство. История, которую рассказывали у графа Ростова, была справедлива. Пьер участвовал в связываньи квартального с медведем. Он приехал несколько дней тому назад и остановился, как всегда, в доме своего отца. Хотя он и предполагал, что история его уже известна в Москве, и что дамы, окружающие его отца, всегда недоброжелательные к нему, воспользуются этим случаем, чтобы раздражить графа, он всё таки в день приезда пошел на половину отца. Войдя в гостиную, обычное местопребывание княжен, он поздоровался с дамами, сидевшими за пяльцами и за книгой, которую вслух читала одна из них. Их было три. Старшая, чистоплотная, с длинною талией, строгая девица, та самая, которая выходила к Анне Михайловне, читала; младшие, обе румяные и хорошенькие, отличавшиеся друг от друга только тем, что у одной была родинка над губой, очень красившая ее, шили в пяльцах. Пьер был встречен как мертвец или зачумленный. Старшая княжна прервала чтение и молча посмотрела на него испуганными глазами; младшая, без родинки, приняла точно такое же выражение; самая меньшая, с родинкой, веселого и смешливого характера, нагнулась к пяльцам, чтобы скрыть улыбку, вызванную, вероятно, предстоящею сценой, забавность которой она предвидела. Она притянула вниз шерстинку и нагнулась, будто разбирая узоры и едва удерживаясь от смеха.
– Bonjour, ma cousine, – сказал Пьер. – Vous ne me гесоnnaissez pas? [Здравствуйте, кузина. Вы меня не узнаете?]
– Я слишком хорошо вас узнаю, слишком хорошо.
– Как здоровье графа? Могу я видеть его? – спросил Пьер неловко, как всегда, но не смущаясь.
– Граф страдает и физически и нравственно, и, кажется, вы позаботились о том, чтобы причинить ему побольше нравственных страданий.
– Могу я видеть графа? – повторил Пьер.
– Гм!.. Ежели вы хотите убить его, совсем убить, то можете видеть. Ольга, поди посмотри, готов ли бульон для дяденьки, скоро время, – прибавила она, показывая этим Пьеру, что они заняты и заняты успокоиваньем его отца, тогда как он, очевидно, занят только расстроиванием.
Ольга вышла. Пьер постоял, посмотрел на сестер и, поклонившись, сказал:
– Так я пойду к себе. Когда можно будет, вы мне скажите.
Он вышел, и звонкий, но негромкий смех сестры с родинкой послышался за ним.
На другой день приехал князь Василий и поместился в доме графа. Он призвал к себе Пьера и сказал ему:
– Mon cher, si vous vous conduisez ici, comme a Petersbourg, vous finirez tres mal; c'est tout ce que je vous dis. [Мой милый, если вы будете вести себя здесь, как в Петербурге, вы кончите очень дурно; больше мне нечего вам сказать.] Граф очень, очень болен: тебе совсем не надо его видеть.
