Космический кипятильник: как первичные чёрные дыры переписывают скорость Вселенной ✛
Вселенная остывала, как гигантская ванна после горячего начала. Через 400 000 лет после Большого взрыва водород уже готов был рекомбинировать — протоны ловили электроны, чтобы стать нейтральными атомами. Но где-то в этой тёмной воде продолжал капать кран. Роль капель исполняли первичные чёрные дыры — микроскопические объекты с массами порядка 10⁻¹⁸ солнечной, оставшиеся с первых мгновений космоса. Эти дыры медленно испарялись, излучая энергию предсказанным Стивеном Хокингом квантовым процессом, и каждая такая капля добавляла тепла в остывающий газ. Даже редкие капли заметно задерживали момент, когда Вселенная стала прозрачной для света, — тот самый момент, что запечатлён в реликтовом излучении.
Это опоздание рекомбинации способно разрешить давнюю загадку — напряжение Хаббла. Два точнейших метода измерения скорости расширения Вселенной дают разные числа. Адам Рисс с командой, наблюдая за цефеидами и сверхновыми в близких галактиках, получает около 73 км/с/Мпк. Спутник Planck, напротив, всматривается в древний свет и выводит из него 67,4 км/с/Мпк. Расхождение почти в 9% — слишком много для случайной ошибки. Но если первичные чёрные дыры подогревали газ, поверхность последнего рассеяния, откуда приходит реликтовое излучение, смещается. А с ней и вычисленное значение H₀. Тепло от чёрных дыр не расталкивает галактики быстрее — оно меняет калибровку нашего космического термометра.
Астрофизики Баттен и Молд проверили идею, модифицировав код recfast, рассчитывающий тепловую историю Вселенной. Они добавили в уравнения нагрев от испаряющихся ПЧД в диапазоне масс 10⁻²⁰–10⁻¹⁷.⁵ M☉, когда излучение Хокинга наиболее энергично. Механизм прост: жёсткое гамма-излучение рассеивается на электронах, быстро отдавая энергию газу. Учтены потери на нейтрино, уносящие до половины энергии. Более лёгкие дыры (<10⁻¹⁹ M☉) испаряются до эпохи первичного нуклеосинтеза и ограничены его наблюдениями. Эффективность почти не зависит от энергии фотона, поэтому даже скромная доля дыр в тёмной материи заметно влияет. Если всего 0,01% тёмной материи состоит из ПЧД, поверхность последнего рассеяния сдвигается на Δz ≈ 13 — это увеличивает H₀ на 1,8%. А доля в 0,1% при определённой функции масс сдвигает z уже на 64 и поднимает H₀ на 8,9%, полностью устраняя расхождение. Однако слишком большая концентрация дыр — свыше 1% тёмной материи — заново ионизовала бы весь водород, а этого не наблюдается. Более массивные ПЧД, доживающие до эпохи первых звёзд, исключены по линиям поглощения межгалактического газа.
Вся эта история переворачивает взгляд на проблему: возможно, разгадка напряжения Хаббла кроется не в новой физике тёмной энергии, а в составе тёмной материи. Если первичные чёрные дыры действительно составляют хотя бы малую её долю, то вывод H₀ из реликтового излучения теряет калибровочную надёжность. Локальные измерения при z ≲ 1 оказываются чище — они не зависят от негравитационных свойств тёмной компоненты. Ванна ранней Вселенной оказывается чувствительной к каждой лишней капле. Впереди — уточнение факторов серого тела, ослабляющих поток, и полномасштабный анализ с варьированием космологии через методы Монте-Карло. Поиск гамма-фона и аннигиляционного сигнала позитронов в Галактике поможет либо укрепить гипотезу, либо закрыть её. Так малые чёрные дыры из детства космоса напоминают о себе сегодня — каплями, что сдвинули момент прозрачности мировой ванны.
Температура газа после испарения первичной чёрной дыры не зависит от её стартовой массы — большая дыра греет больший объём, как толстое полено и маленькая щепка, полностью сгорев, отдают поровну тепла каждому литру воды.
Идея первичных чёрных дыр как источника энергии обыгрывается в романе Грега Игана «Вечное пламя», где испаряющиеся чёрные дыры используются как оружие. В рассказе Стивена Бакстера «Мгновение» взрыв первичной чёрной дыры угрожает Земле. В данном же сценарии такие дыры работают как космические обогреватели, влияя на всю Вселенную.