Тёмная материя из чёрных дыр-крошек экспресс

В кухонном шкафу стоит банка с сахаром. Если её встряхнуть, крупинки распределятся почти равномерно — не нужно выкладывать каждую пинцетом. Примерно так же могли появиться крошечные чёрные дыры в первые мгновения после Большого взрыва. Их масса — как у астероида, размер — меньше атома. И из них, возможно, состоит вся тёмная материя — та невидимая масса, что удерживает галактики от разлёта.

Долгое время считалось, что такой сценарий требует невероятного совпадения: условия должны быть подогнаны с ювелирной точностью. Автор работы проверил это подозрение холодным расчётом. Он взял три разные меры «тонкой настройки» — как три линейки с разными делениями — и приложил их к одному и тому же набору моделей. Среди них были и рождающие первичные чёрные дыры, и популярные частицы тёмной материи — например, вимпы (тяжёлые частицы, которые ищут в подземных детекторах).

Результат напоминает сортировку фруктов по ящикам. Модели разошлись по трём классам естественности, и класс определялся не природой кандидата, а внутренним устройством формул. Один класс — «естественные» — включил чёрные дыры, рождённые на складках пространства (доменных стенках), и частицы, которые никогда не были в тепловом равновесии. Другой класс — «средние» — объединил чёрные дыры из ранней материальной эпохи и частицы с «помощником» для аннигиляции (процесса, где частица и античастица превращаются в излучение). Их настройка оказалась одинаковой и свелась к простому отношению двух эпох в жизни Вселенной. И только один механизм — сверхмедленное раздувание — попал в класс «сильно настроенных», потому что в нём малая добавка в потенциал поля усиливается дважды по экспоненте.

Главный вывод прост: первичные чёрные дыры не обречены на тонкую настройку. Они занимают ту же полку естественности, что и признанные частицы-кандидаты. Природа не обязана выбирать самое сложное — иногда ответ лежит на поверхности, как сахар в банке.