Со следами темной материи?! Команда ученых утверждает, что Луна испещрена кратерами от ударов миниатюрных черных дыр. И изучение этих кратеров может помочь нам разобраться с темной материей. Объясняем, откуда могли взяться эти миниатюрные черные дыры, как они врезались в Луну (и не только в неё), и как они могут помочь в поиске темной материи.

Рождение Вселенной и скопления миниатюрных черных дыр

Около 14 миллиардов лет назад, когда только-только начали “тикать” часы Вселенной, пространство было наполнено плотным и чрезвычайно горячим “супом” из материи. Ни звезды, ни планеты тогда еще не сформировались, а частицы разных форм и размеров свободно носились по пространству. Это был хаос.

И вот среди этого “беззакония” в особо плотных скоплениях материя могла сжиматься сразу в черные дыры. Если всё было именно так, то ранняя Вселенная должна была быть полна скоплений черных дыр размером меньше атома! (К этому размеру мы еще вернемся позже.)

Не думайте, что такой миниатюрный размер делает их безопасными. Черная дыра размером с половину мячика для гольфа будет сопоставима по массе с Землей. А микроскопические черные дыры должны быть массой с астероиды. Да и не важно, какой у они размер, они все равно будут поглощать всё на своём пути.


Вселенная развивалась, звезды появлялись и умирали вместе со своими планетами, а скопления продолжали летать по Вселенной. И, возможно, в далеком прошлом, хотя бы одно из них пронеслось и через нашу систему. Со временем такие скопления должны были бы разлететься, но ученые предполагают, что некоторые из них могли дожить и до наших дней.

А главное, они могут привести нас к темной материи, гипотетической субстанции, на которую приходится 85% материи во Вселенной, но которую мы пока не можем засечь существующими приборами и методами, лишь можем рассчитать её гравитационное влияние на видимые объекты во Вселенной.

Как же нам найти эти миниатюрные черные дыры, ведь мы даже крупные не можем разглядеть? Именно в этом нам может помочь Луна, предполагают авторы нового исследования, опубликованного в Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

По их расчетам, если темная материя объясняется существованием этих миниатюрных черных дыр, но они должны были “обстрелять” Луну… а заодно и все остальные тела Солнечной системы. И эти столкновения должны были оставить следы.

Темная материя

“Более точным описанием был бы термин прозрачная материя,  —  объясняет Алмог Ялиневич (Almog Yalinewich), физик-теоретик из Канадского института теоретической астрофизики.  —  Потому что она не взаимодействует со светом, не отражает его и не излучает его.”

На темную энергию, которую “обвиняют” в ускорении расширения Вселенной, приходится около 68% космоса. На замедляющую движение темную материю  —  около 27%. На обычную энергию и материю остается меньше 5% Вселенной.

Пусть мы не видим саму темную материю, но мы видим её влияние на видимую материю. Собственно, именно так ученые её и заметили.

“Мы видим движение звезд и галактик, и скоплений галактик, и можем рассчитать массу объектов по видимому свету и другим формам электромагнитного излучения, но этой массы недостаточно, чтобы объяснить движение объектов. Создаётся впечатление, что её гораздо больше,”  —  рассказывает Сара Шандера, доцент кафедры астрофизики и Пенсильванском университете и директор Института гравитации и космоса.

В общем, единственная проблема  —  невидимость темной материи. Ученые описали уже много разных кандидатов на это "звание". Один из них  —  миниатюрные черные дыры. Но астрономы пока что отдают предпочтение изучению сверхмассивных черных дыр, потому что у нас гораздо больше доказательств их существования.

Авторы нового исследования показали, что мы, возможно, сможем изучить и доисторические миниатюрные черные дыры, если присмотримся к лунным кратерам.

Наука микроскопических черных дыр

Эта идея появилась у Ялиневича и его коллеги Мэтта Каплана, доцента кафедры физики в Иллинойском университете, около трех лет назад. Всё началось с простого вопроса: Можно ли по форме кратера определить, сформировался ли он от удара астероидом или от удара компакного объекта вроде черной дыры?

Через пару лет Ялинкевича осенило, что различие будет в том, как будет “разбрызгиваться” материя. Если кинуть монетку в муку, частицы взлетят вверх, а потом осядут по краям монеты. Кратеры формируются также.


“Черные дыры пробивают насквозь, вся их энергия не остается на поверхности — они распределяют её по полосе вглубь,” — описывает Каплан. По его словам, это скорее похоже на подрыв закопанной вертикально шашки динамита.

Внешне такой кратер будет похож на кратер от астероида, но его склоны будут более высокими и крутыми. А еще черная дыра должна будет оставить выходное отверстие на другой стороне Луна.


По оценке команды, по массе эти черные дыры должны быть от 10¹⁷ до 10²³ грамм. Для сравнения  —  масса Земли порядка 10²⁷ грамм. Более мелкие дыры должны были бы светиться в рентгеновском диапазоне или вообще “испарились” бы. И теоретически, по расчетам Шандеры, дыры из темной материи могут быть меньше в размере, чем черные дыры той же массы, но сформированные из обычной материи.

Почему именно Луна? Просто потому, что она хорошо изучена. Теоретически, следы могли сохраниться и на Меркурии, и на спутниках Нептуна и Юпитера.

Как же мы можем подтвердить, что кратер образовался именно от черной дыры? По словам авторов, настолько мощное столкновение должно было бы изменить свойства материи в месте удара. Нужно будет искать соединения, которые не могли сформироваться при температурах, возможных при ударе камня о камень.

И чтобы найти эти следы, нужно вернуться на поверхность Луны и собрать образцы.

Но это уже после того, как мы найдем подходящие для изучения кратеры. Ученые предлагают искать их с помощью суперкомпьютеров и алгоритмов, которые смогут быстро проанализировать структуру всех кратеров.

Посмотрим, что найдут...Источник: "Наука от Фансаенс"