Крошечная чёрная дыра размером с атомное ядро, но массой с гору возникла в первые мгновения после Большого взрыва, когда случайные сгустки энергии схлопывались в такие объекты. Если таких дыр было достаточно много, они могли на время стать главным содержимым Вселенной, а затем испариться через излучение Хокинга — медленное «таяние» чёрной дыры, когда она отдаёт энергию обратно в пространство.
Но дыра не висит в пустоте. Она втягивает пыль и газ, как водоворот затягивает листья. Это аккреция — падение вещества на дыру. Новый анализ показывает: такое «питание» не только раздувает дыру, но и растягивает время её господства. Вселенная дольше остаётся под властью этих невидимых гигантов-малюток.
Когда дыры наконец исчезают, их уход не бесшумен. Резкое изменение гравитационного поля рождает гравитационные волны — колебания самого пространства, похожие на круги от брошенного в пруд камня. Эти волны, возникшие от неоднородностей в плотности вещества, называют изокривизными. Их энергия ограничена тем, что мы знаем о первичном нуклеосинтезе — эпохе, когда формировались первые ядра элементов. Слишком сильные волны нарушили бы этот процесс.
Учёт аккреции заметно сдвигает границы дозволенного для первичных чёрных дыр: они должны быть легче и встречаться реже, чем думали раньше. Даже если дыры сливаются друг с другом, образуя более крупные, ограничения остаются строгими. Изокривизные гравитационные волны оказались более чувствительным инструментом проверки, чем сами слияния.
Так крошечные дыры, едва родившись, успевают набрать вес и отсрочить свой финал. А мы, наблюдая рябь пространства, можем заглянуть в ту эпоху, когда Вселенная была моложе секунды.
как её написали авторы, на английском arXiv:2605.15772
In this work, we study the effects of accretion on the primordial black hole (PBH) reheating scenario. PBHs could form from primordial fluctuations. If they have the right mass and abundance, they could dominate the Universe and complete the reheating entirely through Hawking radiation. We find accretion effects on the BH can not only increase the BH mass, but also prolong such early matter domination. The consequence of the accretion is further investigated using isocurvature induced gravitational waves (GWs), which are generated right after the sudden evaporation of the BHs from the oscillation of the gravitational potential. Big Bang nucleosynthesis limits on the energy density of the GWs put important constraints on the PBH domination scenario. Inclusion of accretion shifts such constraints significantly towards smaller formation mass and smaller initial abundance. Furthermore, the PBH could undergo mergers leading to extended mass functions. We find similar shifts in the allowed parameters with the inclusion of accretion for the merger constraint. We find the constraints from isocurvature GWs typically stronger than the constraints from mergers.
Первичная чёрная дыра с массой 10¹⁵ граммов (как у небольшого астероида) имеет размер протона, а её температура в миллиарды раз выше солнечного ядра — она светилась бы ярче звезды, но только в гамма-лучах.
В романе «Столпы Творения» Терри Пратчетта крошечные чёрные дыры использовались как источник энергии — почти как в сценарии разогрева ранней Вселенной.