Ученые предлагают новую модель, чтобы объяснить отсутствие первичных черных дыр

История Вселенной началась с инфляции — периода невероятно быстрого расширения, которое заложило основы для всего, что мы видим сегодня. Инфляция породила квантовые флуктуации, которые впоследствии стали «зародышами» галактик, звезд и планет. Среди этих флуктуаций скрывается потенциальная угроза — первичные черные дыры (ПЧД).

ПЧД — это черные дыры, образовавшиеся в первые мгновения существования Вселенной. Их происхождение окутано тайной, но одна из ведущих гипотез гласит, что они возникают из коллапса квантовых флуктуаций в период инфляции.

Для формирования ПЧД, квантовые флуктуации должны иметь достаточно большую амплитуду. Однако, наблюдения реликтового излучения (СМВ) ограничивают амплитуду флуктуаций на больших масштабах. Это приводит к парадоксу: если ПЧД действительно существуют, то должны быть области Вселенной, где флуктуации значительно больше, чем это позволяет СМВ.

Инфляция под угрозой

Новое исследование, проведенное японскими учеными, выдвигает серьезные сомнения в модели инфляции. Изучая влияние флуктуаций ПЧД на «большие» масштабы, ученые обнаружили, что квантовые взаимодействия между этими флуктуациями могут быть очень сильными. Фактически, эти взаимодействия становятся настолько мощными, что начинают нарушать основные принципы квантовой теории поля, лежащие в основе модели инфляции.

Ученые рассмотрели модель инфляции, в которой инфлатон (гипотетическая частица, вызывающая инфляцию) проходит через «плоскую» область потенциала. В этой области, инфляция становится ультрамедленной, и флуктуации на малых масштабах резко увеличиваются, что может привести к образованию ПЧД. Однако, именно эта ультрамедленная фаза становится «ахиллесовой пятой» инфляции.

Исследователи показали, что флуктуации ПЧД, возникшие в этой ультрамедленной фазе, начинают взаимодействовать с флуктуациями на больших масштабах, которые наблюдаются СМВ. В результате, эти взаимодействия начинают сильно влиять на флуктуации СМВ, что приводит к нарушению предсказаний стандартной модели инфляции.

СМВ как детектор ПЧД

Данное исследование имеет глубокие последствия для космологии. Если гипотеза о ПЧД верна, то стандартная модель инфляции может быть неверной, и необходимо искать новые модели, которые смогут объяснить появление ПЧД без противоречий с наблюдениями СМВ. Более того, наблюдения СМВ могут стать инструментом для поиска ПЧД, позволяя ограничить их количество и масштаб.

Новые горизонты космологии

Открытие ПЧД станет революцией в космологии. Это позволит нам заглянуть в самые первые мгновения существования Вселенной и понять механизм рождения черных дыр. Однако, если ПЧД окажутся настолько «влиятельными», что разрушат модель инфляции, то нам придется пересмотреть многие наши представления о том, как возникла Вселенная. В любом случае, будущее космологии таит в себе множество удивительных открытий.