Чёрные дыры подвели учёных: одна из главных загадок Вселенной стала ещё сложнее
Гигантские первичные чёрные дыры с массой более 100 миллиардов Солнц не могут составлять значительную часть тёмной материи. К такому выводу пришла международная группа физиков, сопоставив теоретические расчёты с измерениями реликтового излучения Вселенной. Исследование, опубликованное в журнале Physical Review Letters, существенно ограничивает одну из гипотез о природе невидимой материи, на которую приходится около 85% всей материи космоса.
Работа специалистов из Германии, ОАЭ и Швейцарии затрагивает фундаментальную проблему современной физики. Астрономические наблюдения десятилетиями указывают на существование вещества, которое практически не взаимодействует со светом, однако его непосредственная природа остаётся неизвестной. Возможность объяснить эту невидимую массу чёрными дырами выглядела привлекательной именно потому, что не требовала введения совершенно нового типа частиц.
След Большого взрыва разрушил красивую космическую гипотезу
В отличие от обычных чёрных дыр, возникающих в результате гибели массивных звёзд, первичные объекты теоретически могли сформироваться в первые эпохи существования Вселенной. Причиной их появления могли стать чрезвычайно плотные области раннего космоса.
Исследователи Кристофер Герлах, Янн Гуттенуар, Антонио Иовино и Николас Лейстер проверили сценарий, в котором такие объекты достигают колоссальных масс — от 100 миллиардов солнечных. Проверка строилась не на попытке обнаружить сами чёрные дыры, а на анализе последствий их предполагаемого существования.
Если бы огромные первичные чёрные дыры обеспечивали существенную долю тёмной материи, их распределение в пространстве неизбежно создавало бы дополнительные неоднородности плотности. Чем массивнее отдельные объекты, тем меньше их требовалось бы для формирования общей массы и тем сильнее проявлялись бы статистические колебания их числа от области к области.
Эти различия должны были оставить заметный отпечаток в реликтовом микроволновом излучении — древнейшем доступном для наблюдения электромагнитном сигнале, сохранившем информацию о состоянии молодой Вселенной.
Однако рассчитанная величина подобных возмущений оказалась несовместимой с ограничениями, полученными космической обсерваторией Planck. Иными словами, предполагаемая популяция гигантских чёрных дыр должна была изменить наблюдаемую картину раннего космоса гораздо сильнее, чем позволяют реальные измерения.
Почему открытие не означает исчезновения первичных чёрных дыр
Главное различие заключается между существованием отдельных объектов и их способностью объяснить тёмную материю. Авторы исследования не доказали, что гигантских первичных чёрных дыр во Вселенной нет. Они показали, что рассмотренная популяция не может обеспечивать значительную долю невидимой массы без противоречия космологическим наблюдениям.
При этом расчёты включали определённые модельные допущения, в частности одинаковую массу рассматриваемых чёрных дыр. Сценарии, в которых их массы распределены по широкому диапазону, требуют дополнительного изучения.
Полученный результат также имеет значение для исследований ранних галактик. Некоторые модели связывают быстрое появление чрезвычайно массивных космических структур, обнаруживаемых телескопом James Webb, с влиянием первичных чёрных дыр. Новые ограничения заставляют внимательнее проверять сценарии, предполагающие участие объектов особенно большой массы.
Что теперь будут искать физики вместо гигантских чёрных дыр
Проблема тёмной материи остаётся открытой. Помимо первичных чёрных дыр различных масс, физики рассматривают гипотетические элементарные частицы и другие возможные объяснения наблюдаемой гравитации.
Уточнить границы допустимых моделей помогут будущие измерения реликтового излучения, в том числе исследования в рамках проектов LiteBIRD и Simons Observatory. Ещё одно перспективное направление связано с поиском гравитационных волн, которые могли возникнуть при формировании первичных чёрных дыр.
Примечательно, что научная статья была опубликована 26 октября 2026 года, а широкое внимание к её результатам привлекла публикация Phys.org от 8 ноября.
Главный вывод: учёные не раскрыли природу тёмной материи, но исключили из числа её существенных составляющих целый класс гипотетических сверхтяжёлых объектов в рамках проверенной модели. Теперь объяснение скрытой массы Вселенной придётся искать среди других кандидатов и более сложных космологических сценариев.
