Черные дыры-невидимки объясняют скорость расширения Вселенной ✛

Оригинал: "The impact of Hawking radiation from primordial black holes on recombination and the Hubble tension"
· Adam Batten, Jeremy Mould
arXiv:2607.18528v1 · 2026-07-20 · CC BY 4.0 · 2 мин
Крошечные черные дыры, испаряясь в ранней Вселенной, нагревали газ и сдвинули измерение скорости её расширения.

Вселенная остывала, как гигантская ванна после горячего начала. Через 400 тысяч лет после Большого взрыва водород уже готов был стать нейтральным — протоны ловили электроны. Но в этой тёмной воде продолжал капать кран. Каплями были первичные чёрные дыры — микроскопические чёрные дыры, оставшиеся с первых мгновений космоса. Их масса — как у небольшого астероида, но сжатая в точку. Эти дыры медленно испарялись через процесс, открытый Стивеном Хокингом (излучение Хокинга), добавляя тепло в газ. Каждая капля задерживала момент, когда Вселенная стала прозрачной для реликтового излучения — древнего света, доходящего до нас с той эпохи.

Это опоздание помогает решить загадку скорости расширения Вселенной. Два точных метода дают разные числа. Адам Рисс с коллегами, наблюдая за звёздами в близких галактиках, получает скорость около 73 км/с на мегапарсек. Спутник Planck, изучая реликтовое излучение, выводит 67 км/с на мегапарсек. Разница почти в 9% — слишком много для ошибки. Но если первичные чёрные дыры грели газ, то поверхность, откуда пришёл свет, сместилась. Это меняет расчёт скорости, как если бы термометр в ванне показывал неверную температуру из-за подогрева каплями. Тепло от дыр не разгоняет галактики быстрее — оно сбивает настройку нашего космического измерителя.

Нагрев от испарившейся дыры не зависит от её исходной массы: массивная греет больший объём, как толстое полено и тонкая щепка, сгорая полностью, отдают поровну тепла на литр воды.

Учёные проверили идею, добавив нагрев в расчёты тепловой истории Вселенной. Гамма-излучение от дыр быстро передавало энергию окружающему газу, а часть энергии уносили нейтрино — лёгкие частицы, которые почти не взаимодействуют с веществом. Оказалось: если всего 0,1% невидимой тёмной материи состоит из таких дыр, разница в скорости исчезает. При этом дыры не могут быть слишком лёгкими — они бы испарились ещё до эпохи образования первых атомных ядер. И не слишком много — иначе они бы заново ионизовали весь водород, а мы этого не видим. Так что эти капли из детства Вселенной могут оказаться ключом к точной карте космоса.

Нагрев от испарившейся чёрной дыры не зависит от её массы: большая греет больший объём, как толстое полено и щепка греют воду одинаково.

В научной фантастике, например в романе Грега Игана «Вечное пламя», испаряющиеся чёрные дыры служат источниками энергии. Здесь же они работают космическими обогревателями.

\Delta T_{\text{gas}} \approx 2.6 \times 10^{13} \, f_{\text{C,PBH}} \; \text{K}
не зависит от массы дыры; f_C,PBH — доля ПЧД в тёмной материи
\frac{\Delta H_0}{H_0} = \frac{3}{2} \frac{\Delta z}{1+z_*}
Δz — изменение красного смещения поверхности последнего рассеяния, z_* — исходное значение ≈1080
Учёные
Stephen HawkingJacob BekensteinWilliam UnruhChristian DopplerAdam RiessEmmy Noether
Понятия
излучение Хокинга память чёрной дыры механизм излучения Хокинга взаимодействие чёрной дыры и тёмной материи ранняя тёмная энергия напряжённость Хаббла затмение реликтового излучения космический фон массовый дефект ядерной реакции энтропия Бекенштейна–Хокинга рекомбинация предел массы нейтронной звезды повторный нагрев квантовые космологические неоднородности нуклеосинтез первых звёзд потеря информации постоянная Хаббла реверберация железной K-альфа линии усиление волн первичный нуклеосинтез