Чтобы популярно объяснить, что собой представляют первичные черные дыры, кандидат физико-математических наук Елена МИХЕЕВА из Астрокосмического центра ФИАН им. П.Н.Лебедева привела неожиданный пример.
— Вы приходите в… зоопарк. Вроде бы все, как всегда. Живность — на своих местах. Здесь слон, а здесь черепахи. А между ними не пойми что, ни на кого не похожий зверь. И нет на клетке таблички, объясняющей, кто он и откуда взялся.
Так и с первичными черными дырами. Их ближайшие родственники просто черные дыры астрофизикам хорошо известны. Они образуются на финальной стадии эволюции массивных звезд в результате коллапса, когда их остатки, взрывающиеся как сверхновые, превращаются в черные дыры. Их существование — факт доказанный. А с первичными все намного сложнее: появились в самом начале космической эпохи, еще до Большого взрыва. Пока астрофизики плохо представляют, как это происходило во Вселенной.
Сложность еще и в том, что эти дыры могут быть самыми разными. Например, с очень маленькой массой, как горы Казбек или Эверест. А могут — как наша Земля. И даже больше. Потому что рождаются по самым разным причинам, задействуя при этом всевозможные механизмы.
Скажем, в результате уплотнения материи, случившегося еще до Большого взрыва. И как бы все было просто и встало на свои места, если бы удалось обнаружить некий эффект, точно объясняющий, что благодаря ему эти специфические объекты появились во Вселенной. А для того необходимо добыть новое фундаментальное знание, которое расширит представление астрофизиков о происхождении Вселенной.
— Чем вас привлекла эта область космологии?
— Тем и привлекла. Есть ли смысл исследовать то, что уже доказано? Тем более что первичные черные дыры имеют целый ряд важных особенностей.
Наличие у них излучения открыл Стивен Хокинг, и теперь оно носит его имя. Вот если бы его удалось зарегистрировать! Тогда мы могли бы наблюдать, как фотоны этого излучения взаимодействуют с окружающим черную дыру веществом. И даже, скажем так, «пощупать», то есть понять, как оно влияет на пылевую компоненту Вселенной. А этого еще никто из исследователей не делал. То есть получить «цифру», представляющую огромный интерес, как добытое астрофизиками новое, точное, подчеркну, знание.
Добавлю, первичные черные дыры не только сами по себе чрезвычайно интересны, они к тому же еще и ключ к пониманию происхождения темной материи. А она, как теперь считается, многокомпонентная.
Это значит, что ее образованию способствует целый комплекс причин. Отмечу также, что эти исследования поддержаны Российским научным фондом, удостоившим нашу маленькую группу двухгодичным грантом (24-22-00146).
— Почему, как вы считаете, Фонд принял вашу заявку?
— Начнем с того, что изучение первичных черных дыр — тематика для Фонда далеко не новая. Он уже финансировал различные проекты, с ней связанные. К тому же и нынешняя наша заявка далеко не первая.
Мы учли замечания экспертов, отвергнувших наши предыдущие заявки (думаю, тогда время для этого исследования еще просто не пришло). И теперь, пользуясь случаем, как руководитель гранта благодарю Фонд за финансирование исследований от себя и от имени моих молодых коллег — аспиранта ФИАН и студентки МФТИ. Грант получен на два года (2024-2025) и все это время им не нужно думать о подработке, а можно сосредоточиться на проекте. Очень важное обстоятельство!
Грант ставит перед нами сразу несколько задач, и едва ли не главная — разработка метода оценки количества первичных черных дыр. И во Вселенной, и в нашей галактике.
— Детский вопрос. Если астрофизики не в состоянии точно отличить ваши черные дыры от всех других, как вы их пересчитаете?
— Первичные черные дыры, по массе сравнимые с Солнцем, повторюсь, отличает излучение Хокинга. Частицы космической пыли могут его поглотить и, как говорят специалисты, «переизлучить» в инфракрасном диапазоне. Их даже можно пересчитать, но не поштучно, конечно, а с помощью математической модели. По нашим прикидкам, первичных черных дыр может быть несколько миллиардов, но не удивлюсь, если окажутся триллионы.
Есть и множество других методов, позволяющих оценивать количество этих черных дыр разных масс.
— Вы их пересчитаете. Как это повлияет на дальнейшее изучение объектов?
— Это очень много даст для понимания физических процессов, происходивших в ранней Вселенной еще до Большого взрыва. Напомню, это не момент рождения Вселенной, а время, когда она заполнялась горячим веществом. Можно также утверждать, что это расширит наши представления о сущности темной материи, ведь тогда мы поймем, что она собой представляет.
За два года работы над грантом мы должны будем опубликовать три статьи. Но у нас уже были две публикации по этой тематике. Не скажу, что они произвели сильное впечатление на коллег.
Мы не подсчитали первичные черные дыры, зато заявили о разработанном для этого методе. А он не имеет аналогов. Хотя излучение Стивена Хокинга известно уже многие годы, никто не пытался использовать его для измерения взаимодействия первичных черных дыр с пылевой компонентой Вселенной, на которой оно рассеивается. А нам, считаю, это удалось.
Какова эффективность метода, как много с его помощью нам удастся узнать нового об интересующих нас космических объектах, станет известно через два года, когда окончится срок действия выданного нам гранта и будет готов отчет о выполнении его требований. Однако не следует забывать и о подводных камнях: они могут неожиданно обнаружиться в нашем исследовании и повлиять на сроки завершения работы.
— Если все пойдет хорошо, что бы вы написали на клетке того невиданного зверя в зоопарке, а на самом деле как бы охарактеризовали первичные черные дыры?
— Тогда, уверена, можно будет твердо сказать: первичные черные дыры рождались во Вселенной. Всего их приблизительно столько-то, а в нашей галактике Млечный путь столько-то. Да, еще укажем их массу. Они имеют самое непосредственное отношение к темной материи и составляют такую-то его долю.
Метод определения числа первичных черных дыр, как уже говорилось, новый. По нашему мнению, это — важное исследование фундаментальных физических процессов, шаг в познании Вселенной.
Юрий Дризе
Нет комментариев