Чёрные дыры с памятью: забывчивость как двигатель тёмной материи экспресс
Чёрные дыры теряют массу, как вода из ведра на солнце, — такое испарение открыл Стивен Хокинг. Но крошечные первичные чёрные дыры, рождённые после Большого взрыва, ведут себя иначе: когда они теряют половину массы, срабатывает эффект памяти — словно ведро само накрывается крышкой. Эту меру беспорядка, энтропию, для чёрных дыр рассчитал Якоб Бекенштейн.
Раньше думали, что крышка захлопывается мгновенно. Теперь физики смоделировали плавный переход: скорости испарения могут складываться или перемножаться. Сравнение с данными о рождении лёгких элементов в первые минуты после Большого взрыва показало, что при складывании до 10% дыр выживают и могут составлять тёмную материю. При перемножении — лишь 1%.
Деталь, которая меняет картину: крошечная чёрная дыра весом с гору и размером с протон способна дожить до наших дней исключительно благодаря такой памяти. Малейший нюанс в «забывчивости» определяет, невидимая ли это основа Вселенной.
Оригинальная аннотация
как её написали авторы, на английском arXiv:2606.04707
Light primordial black holes (PBHs) are disfavored as dark matter if they evaporate through standard Hawking radiation alone. The memory-burden effect can extend their lifetimes by suppressing emission after roughly half the mass is lost. Existing cosmological studies often model the onset of this phase as an instantaneous transition between semi-classical and burden-dominated evaporation. We instead treat the crossover as continuous and compare additive versus multiplicative combinations of the two rates, using a smoothed tanh profile with parameters $$(q,\delta)$$. Monochromatic PBHs are mapped to a decaying scalar field and evolved with Modified AlterBBN during Big Bang nucleosynthesis (BBN). The two prescriptions yield distinct exclusion curves: the additive crossover always gives weaker bounds than the multiplicative one, while both are tighter than the instantaneous transition. For $$10^{5}\,\mathrm{g}\lesssim M_i\lesssim 10^{10}\,\mathrm{g}$$, the additive case can permit $$f_{\mathrm{PBH},0}\sim 10^{-1}$$ where the multiplicative case gives $$f_{\mathrm{PBH},0}\lesssim 10^{-2}$$. Specifying the rate-combination rule is therefore essential when translating memory-burden models into BBN constraints on PBH dark matter.
Самая маленькая первичная чёрная дыра могла бы весить как гора, но быть размером с протон, и она до сих пор жива благодаря эффекту памяти.