Учёные выдвинули теорию о тёмных измерениях и первичных чёрных дырах

Все мы заперты в трёх привычных пространственных и одном временном измерении, тем не менее это не означает, что гравитация не может проникать в другие измерения, если они существуют. И у нас может появиться возможность заглянуть в эти измерения через своеобразные окна — первичные чёрные дыры. Это по сравнению с небольшие, но невероятно плотные объекты, которые, как предполагается, образовались в экстремальных условиях вскоре после Большого взрыва.

Согласно новому исследованию под руководством физика Луиса Анчордоки из колледжа Леман в США, во Вселенной с тёмным измерением все первичные чёрные дыры должны быть пятимерными, если только на низких энергиях не существует какой‑то экзотической, пока неизвестной физики. Пока эта идея остаётся гипотетической: ни одна первичная чёрная дыра пока не была достоверно обнаружена, однако они вызывают крупный интерес у физиков.

Сценарий «тёмного измерения» предполагает существование дополнительного измерения, компактного до масштаба примерно одного микрона. Частицы обычной материи заперты на бране и не могут покинуть её. Но на гравитацию те же ограничения могут не распространяться.

Если размер горизонта событий становится мал по сравнению с масштабом тёмного измерения, гравитация чёрной дыры может распространяться в этом дополнительном пространственном направлении. Такая чёрная дыра уже не ограничена четырьмя измерениями: её геометрия становится пятимерной.

Анчордоки и его коллеги решили выяснить, что это означает для первичных чёрных дыр, а именно, будут ли разнообразные процессы, способные породить их в ранней Вселенной, оставлять после себя четырёхмерные или пятимерные объекты. Из трёх возможных механизмов исследователи сосредоточились на двух (отбросив инфляцию): бурных фазовых переходах по мере охлаждения молодой Вселенной и коллапсе гипотетических дефектов пространства‑времени, называемых космическими струнами.

Из‑за малых размеров четырёхмерная настройка становилась бы нестабильной, заставляя первичные чёрные дыры превращаться в пятимерные объекты в результате процесса, известного как неустойчивость Грегори — Лафламма. Эти гипотетические дефекты пространства‑времени могли образовывать петли в ранней Вселенной, которые сжимались под действием собственного натяжения и в конце концов коллапсировали в чёрные дыры. В этом случае расчёты оказались ещё более однозначными: согласно сценарию тёмного измерения, первичные чёрные дыры, возникающие при коллапсе космических струн, были бы пятимерными с самого рождения.

Чёрные дыры постепенно теряют массу за счёт излучения Хокинга, причём меньшие чёрные дыры испаряются особенно быстро. Однако пятимерные чёрные дыры испарялись бы медленнее своих четырёхмерных аналогов, и команда рассчитала, что некоторые первичные чёрные дыры, рождённые из космических струн, могли бы существовать в течение времени, сопоставимого с возрастом Вселенной в 13,8 миллиарда лет. Исследователи даже предполагают, что испарение такого объекта потенциально способно объяснить крайне энергичное нейтрино, зарегистрированное обсерваторией KM3NeT.

Это чрезвычайно спекулятивная идея. Ни существование первичных чёрных дыр, ни существование тёмного измерения пока не доказано, а сами исследователи признают нерешённые проблемы с такой интерпретацией события KM3NeT.