Сигнал LIGO: первичные черные дыры могут открыть новую главу в поисках темной материи

В ноябре 2025 года детекторы гравитационных волн зафиксировали сигнал, получивший обозначение S251112cm. По предварительной оценке, он возник в результате слияния двух компактных объектов, причем масса одного из них с вероятностью более 99% меньше массы Солнца. Никакого электромагнитного излучения — ни света, ни гамма-всплесков, ни рентгеновских или радиоволн — событию не сопутствовало, что типично для слияния черных дыр. Однако масса пары оказалась аномально мала: стандартные черные дыры, образующиеся при коллапсе звезд, весят как минимум в два-три раза больше Солнца. Более легкие звезды после гибели порождают нейтронные звезды, а не черные дыры. Именно поэтому астрофизики предположили, что участники события могут быть первичными черными дырами — гипотетическими объектами, сформировавшимися в первые мгновения после Большого взрыва.

Гипотеза, которой почти 60 лет

Идею первичных черных дыр впервые выдвинули советские физики Яков Зельдович и Игорь Новиков в 1966 году, а позже развил Стивен Хокинг. Согласно теории, в первые доли секунды после Большого взрыва плотность материи была настолько высока, что в некоторых областях происходил непосредственный гравитационный коллапс. Масса таких черных дыр могла варьироваться от микроскопических — размером с песчинку — до сотен тысяч масс Солнца. Долгое время эта концепция оставалась чисто теоретической, но интерес к ней возрос с запуском гравитационных обсерваторий и космического телескопа «Джеймс Уэбб». Ранние галактики с огромными сверхмассивными черными дырами, увиденные телескопом, трудно объяснить стандартными сценариями постепенного аккреции массы — и здесь тоже могут помочь первичные черные дыры. Более того, эти «невидимые» объекты рассматриваются как один из возможных компонентов темной материи, хотя, по оценкам, не главный.

До сих пор ученым не удавалось подтвердить существование первичных черных дыр, но события, подобные S251112cm, могут изменить ситуацию. Астрофизики Нико Каппеллутти и Альберто Магараджа из Университета Майами провели анализ, опираясь на данные о кандидате. Они исходили из гипотетической модели формирования первичных черных дыр и предсказанного распределения их масс. Учитывая, что после образования такие объекты оказываются разбросанными по Вселенной на значительных расстояниях, исследователи рассчитали вероятность их объединения в двойные системы и последующего слияния.

Прогноз: 0,8 события в год

Результаты работы были опубликованы в The Astrophysical Journal. Согласно расчетам, сеть LVK должна регистрировать слияния пар первичных черных дыр с частотой около 0,8 события в год. Реальная скорость обнаружения, если считать S251112cm подлинным, составляет примерно 0,23 события в год — что сопоставимо с теоретической оценкой. Это не доказывает природу сигнала, но делает его еще более интригующим. Сеть LVK пока официально не подтвердила событие S251112cm: не исключено, что оно окажется шумом приборов или ошибкой обработки данных. Но если верификация пройдет успешно, первичные черные дыры перейдут из разряда чисто гипотетических в разряд потенциально наблюдаемых объектов.

Тогда гравитационные волны станут новым инструментом для изучения темной материи, а само открытие открывает путь к проверке одной из старейших гипотез в астрофизике. Ученые подчеркивают: даже если S251112cm не подтвердится, сам факт, что чувствительность детекторов позволяет ловить такие слабые сигналы, означает, что в будущем мы наверняка получим более надежные данные.