Фізики вважають, що чорні діри можуть бути старшими за Великий вибух

Загальноприйнята космологічна картина починається приблизно 13,8 мільярда років тому з надгарячого і надщільного стану, який розширювався, охолоджувався і поступово наповнювався галактиками. Нова теоретична модель пропонує зазирнути за цю межу. Великий вибух міг бути не абсолютним початком, а переходом від попередньої стадії стиснення до нинішнього розширення — так званим космологічним відскоком.

Якщо ця гіпотеза правильна, деякі чорні діри могли утворитися ще до відскоку, пережити перехід і зберегтися аж до сучасної епохи. Подібні прадавні об’єкти потенційно здатні пояснити природу темної матерії — невидимої складової, яка за масою приблизно у п’ять разів перевищує звичайну речовину і виявляє себе лише через гравітацію.

Стандартна модель успішно описує реліктове випромінювання та розподіл галактик, однак при спробі простежити історію Всесвіту у зворотному напрямку загальна теорія відносності призводить до сингулярності — точки, де щільність математично прямує до нескінченності, а відомі фізичні закони перестають працювати. Більшість фізиків вважають це не реальним явищем, а межею застосовності теорії. Модель відскоку пропонує інший варіант: стиснення тривало до вкрай високої, але скінченної щільності, після чого квантові ефекти створювали тиск, достатній для зупинки колапсу, і Всесвіт починав розширюватися.

Безпосередньо перед відскоком окремі ділянки простору могли ставати настільки щільними, що власна гравітація перетворювала їх на чорні діри. Розрахунки показують, що об’єкти розміром понад приблизно 90 метрів здатні були пройти крізь перехід і продовжити існування у новій фазі. Крім чорних дір, від попереднього етапу могли зберегтися гравітаційні хвилі та неоднорідності щільності речовини.

Модель одночасно зачіпає проблему інфляції — надкороткої стадії стрімкого розширення, яка пояснює, чому гігантські ділянки Всесвіту настільки однорідні. За новою гіпотезою, сам перехід від стиснення до розширення міг відтворити подібну динаміку. Квантові процеси при відскоку здатні були посилювати початкові перепади щільності, які згодом під дією гравітації переросли в галактики, скупчення та інші великомасштабні структури. Автори моделі також пов’язують цей механізм із прискореним розширенням сучасного Всесвіту, яке зазвичай пояснюють темною енергією з невідомою фізичною природою.

Додатковий імпульс гіпотезі надали спостереження космічного телескопа «Джеймс Вебб». Він виявив у ранньому Всесвіті несподівано масивні об’єкти, зокрема компактні джерела, які дістали назву «маленькі червоні точки». Стандартним сценаріям важко пояснити, як чорні діри встигли набрати таку масу за порівняно короткий час після Великого вибуху. Відскок пропонує просте вирішення: частина масивних чорних дір могла існувати вже одразу після переходу, і галактикам не потрібно було вирощувати їх із дрібних попередників.

Перевірити гіпотезу можна кількома незалежними способами. Перший — пошук реліктових гравітаційних хвиль із характеристиками, відмінними від сигналів, що виникли вже після початку розширення. Другий — аналіз слабких статистичних особливостей у температурі та поляризації реліктового випромінювання, які могли залишити процеси до відскоку. Нарешті, виявлення популяції чорних дір із параметрами, незрозумілими в рамках стандартної моделі, стало б сильним аргументом на користь теорії. Поки що гіпотеза залишається математично опрацьованою, але не підтвердженою спостереженнями моделлю.