Первичные черные дыры — это гипотетические объекты, которые, согласно моделям, возникли в самом начале Вселенной. Они обладают свойствами тёмной материи и способны группироваться вокруг галактик. Хотя до сих пор не обнаружено таких черных дыр, они могут объяснить большую часть аспектов тёмной материи.

Однако большинство кандидатов в первичные чёрные дыры до сих пор не были подтверждены наблюдениями. Эти чёрные дыры должны бы быть настолько многочисленными, что часто проходили бы перед звёздами, создавая события микролинзирования. Однако несколько обзоров неба не дали результатов, что делает существование первичных чёрных дыр маловероятной идеей.

В новой научной работе предлагается альтернативный подход. Он рассматривает сверхлёгкие чёрные дыры, которые находятся на конце возможных масс и испускают излучение Хокинга.

Иллюстрация чёрных дыр, изгибающих пространство своей гравитацией.
Источник: NASA’s Goddard Space Flight Center

Скорость испарения Хокинга обратно пропорциональна размеру чёрной дыры, поэтому сверхлёгкие чёрные дыры должны быстро испаряться. Однако, так как нет полной модели квантовой гравитации, учёные не знают точно, как заканчивается жизненный цикл этих чёрных дыр.

Автор работы указывает на три возможных исхода. В первом случае чёрная дыра полностью испаряется, создавая короткую вспышку высокоэнергичных частиц. Во втором случае некий механизм предотвращает полное испарение, и чёрная дыра достигает «состояния равновесия». В третьем варианте «состояние равновесия» приводит к исчезновению горизонта событий, оставляя только сингулярность. В этих двух последних случаях чёрные дыры могут иметь электрический заряд.

Важным моментом является время испарения этих чёрных дыр. Если они были маленькими, то они должны были бы быстро испариться и повлиять на раннюю Вселенную. Если же время испарения долгое, то мы можно заметить вспышки гамма-излучения. Однако, наблюдения этих эффектов до сих пор не были зафиксированы.

Автор работы отмечает, что в последних двух вариантах «равновесие» будет достигнуто на масштабе Планка, а остатки чёрных дыр будут иметь размер протона, но значительно большую массу. Однако, эти остатки, если они электрически нейтральны, могут быть сложными для обнаружения. Но в случае, если они имеют заряд, можно зафиксировать их с помощью новых детекторов нейтрино.

Новая работа показывает, что текущие наблюдения не исключают возможность существования первичных чёрных дыр. Пока нет более точной информации, эта модель дополняет уже существующие теоретические предположения.