Новое исследование намекает, что у Вселенной была тайная жизнь до Большого взрыва

Теория Большого отскока предполагает, что наша Вселенная возникла в результате распада некоей «предыдущей» Вселенной. Тогда Большой взрыв не был началом Вселенной. Согласно этой теории космологии, Вселенная может «прыгать» между фазами сжатия и расширения.

Недавнее исследование в рамках теории Большого отскока предполагает, что темная материя может состоять из черных дыр, образовавшихся во время перехода от последнего сжатия Вселенной к текущей фазе расширения, которая произошла до Большого взрыва. Если эта гипотеза верна, гравитационные волны, генерируемые в процессе формирования черных дыр, могут быть обнаружены будущими обсерваториями гравитационных волн. Это и будет способ подтвердить данный сценарий генерации темной материи.

Наблюдения за движением звезд в галактиках и космическим микроволновым фоном — послесвечением Большого взрыва — показывают, что около 80% всей материи во Вселенной — это темная материя, субстанция, которая не отражает, не поглощает и не испускает свет. Ученые до сих пор не определили, из чего состоит темная материя.

В новом исследовании космологи изучили сценарий, в котором темная материя состоит из первичных черных дыр, образовавшихся из флуктуаций плотности, которые произошли во время последней фазы сжатия Вселенной, незадолго до периода расширения, который мы наблюдаем сейчас. Выводы опубликованы в Journal of Cosmology and Astroparticle Physics.

Традиционный космологический взгляд на Вселенную предполагает, что она началась с сингулярности, за которой последовал короткий период чрезвычайно быстрого расширения, называемого инфляцией. Однако авторы нового исследования проанализировали более экзотическую теорию, известную как несингулярная космология отскакивания материи, которая утверждает, что вселенная сначала прошла фазу сжатия. Эта фаза закончилась отскоком из-за увеличения плотности материи, что привело к Большому взрыву и ускоренному расширению, которое мы наблюдаем сегодня.

Тогда Вселенная сжалась до размеров примерно на 50 порядков меньше, чем сегодня. После отскока появились фотоны и другие частицы, ознаменовав Большой взрыв. Вблизи отскока плотность материи была настолько высокой, что небольшие черные дыры образовались из квантовых флуктуаций плотности материи, что сделало их возможными кандидатами на темную материю.

Маленькие первичные черные дыры могут образовываться на самых ранних стадиях развития Вселенной, и если они не слишком малы, их распад из-за излучения Хокинга (это гипотетическое явление испускания черными дырами частиц из-за квантовых эффектов) будет недостаточно эффективным, чтобы избавиться от них. Поэтому первичные черные дыры будут существовать и сейчас. Их масса примерно равна массе астероида. Эти черные дыры могли способствовать образованию темной материи.

Расчеты ученых показывают, что кривизна пространства и микроволновый фон в рамках их предположения соответствуют текущим наблюдениям, что подтверждает данную гипотезу.

Для дальнейшей проверки гипотезы исследователи планируют использовать обсерватории гравитационных волн следующего поколения. Ученые рассчитали свойства гравитационных волн, образующихся при образовании черных дыр в своей модели, и оказалось, что их могут обнаружить такие гравитационные обсерватории будущего, как Laser Interferometer Space Antenna (LISA ) и Einstein Telescope. Результаты таких исследований уже смогут подтвердить, действительно ли первичные черные дыры являются темной материей. Однако ждать придется долго, возможно, даже десяток лет, прежде чем эти обсерватории заработают.