У перші миті існування Всесвіту густина енергії у певних його ділянках мала б бути настільки високою, що ці ділянки могли сколапсувати у чорні діри. Невеликі відхилення, які зазвичай спостерігають у реліктовому випромінюванні – тьмяному післясвітінні Великого вибуху, – колись давно мали набагато більшу амплітуду. Можна припускати, що в окремих випадках флуктуації щільності були такими, що із них утворилися чорні діри. Хоча це поки що лишень гіпотеза, є підстави припускати, що загадкова темна матерія – один із компонентів Всесвіту, який не випромінює і не розсіює світла, хоча й становить, за підрахунками, 26,8% його маси, утворена саме із таких первинних чорних дір (ПЧД).
Про те, що темна матерія існує, нам відомо передусім за її гравітаційним впливом на видиму речовину. Пошуки гіпотетичних частинок темної матерії – як за допомогою космічних обсерваторій, так і в лабораторних експериментах – поки що не дали результатів. Тож, можливо, цю невидиму масу утворюють безліч невеликих чорних дір, які є реліктами із перших митей існування Всесвіту? Астрофізичні розрахунки виключають таку можливість, якщо такі діри є або дуже великими, або надто малими. Однак вони встановляють ймовірну шкалу їхньої маси, що лежить в діапазоні від однієї мільярдної до однієї тисячної маси Місяця. Це така сама маса, як в астероїдів розміром від однієї до сотні миль.
Шістдесят шість мільйонів років тому один із таких астероїдів впав на Землю й спричинив вимирання динозаврів та 75% усіх тогочасних видів. Ця подія і досі нагадує нам, що небо теж є джерелом небезпек. Ми можемо вберегтися від майбутніх зіткнень з астероїдами, шукаючи сонячне світло, яке відбивається від їхніх поверхонь, коли вони наближаються до Землі. У 2005 році Конгрес Сполучених Штатів зобов’язав НАСА виявити 90% усіх об’єктів розміром понад 140 метрів, які перебувають неподалік нашої планети, що приблизно у сто разів менше за небесне тіло, що утворило кратер Чиксулуб.
Виконання цього урядового доручення покладене на два телескопи – Pan STARRS та перспективний Великий синоптичний оглядовий телескоп ім. Віри Рубін. Ці обсерваторії використовують Сонце як «ліхтар», що освітлює темні околиці біля нашої планети. Завдяки цій системі оповіщення ми сподіваємось побачити небажаних космічних гостей ще до того, як вони вріжуться у нас на карколомній швидкості. Але ПЧД не відбивають сонячного світла, тож заздалегідь помітити їх неможливо. Вони хіба що слабо світяться радіацією Гокінга, проте їхня яскравість має бути меншою, аніж у мініатюрної лампочки потужністю 0,1 вата, що небагато як для маси, що дорівнює одній мільйонній маси Місяця.
Але чи треба нам їх боятись?
Якщо те, що ми називаємо «темною матерією», і справді є міріадами таких мініатюрних чорних дір, то можна поміркувати про загрозу, яку вони несуть для життя на Землі. Якщо одна із таких дір потрапить у наше тіло, то їхній контакт буде зустріччю дуже давнього об’єкта, що виник лишень у першу фемтосекунду після Великого вибуху, з дуже новим – вершиною складної біохімії, що утворилась на 13,8 млрд років пізніше. Хоча така здибанка і справді могла б стати неймовірним контактом раннього Всесвіту з пізнім, я б не хотів її спробувати на собі.
Річ у тім, що верхня межа ПЧД мала б становити одну тисячну маси Місяця. Хоча менші ПЧД повинні зустрічатися частіше, але їхній ефект мав би бути не таким драматичним. Така діра мала б бути лишень у тисячу разів більшою за атом.
Можна очікувати, що, пройшовши крізь наше тіло, такий об’єкт залишить у ньому лишень мікроскопічний отвір, наче високоенергетична частинка. Але потрібно враховувати те, що ПЧД має величезну гравітацію. Потрапивши у людське тіло, вона змусить його стиснутись одразу на декілька дюймів. Якщо така діра рухається зі швидкістю 100 миль за секунду, що дорівнює швидкості гало з темної матерії Чумацького Шляху, то стиснення триватиме лише близько 10 мікросекунд. Потрапивши в організм людини, ПЧД поводитиметься у ньому, наче мініатюрний порохотяг з гіганською силою всмоктування, що умить деформує усі наші м’язи, кістки, кровоносні судини і внутрішні органи. Така миттєва деформація тіла зумовить різкий біль і майже миттєву смерть. Але чи може така подія з кимось з нас трапитись?
На щастя, приблизні розрахунки показують, що перейматись через це не потрібно. Якщо і справді темна матерія утворена із мініатюрних чорних дір, то шанси, що одна із них пройде крізь нас протягом нашого життя, становить лишень 1 до 1026. Враховуючи те, що на Землі живуть 8 млрд людей, то шанси, що хоча б хтось із них зустрінеться з таким об’єктом протягом свого життя, становлять 10-16. Якщо теперішня чисельність населення існуватиме ще протягом мільярда років, то ймовірність, що у хоча б одну людину за увесь цей період влучить первісна чорна діра, становить вже одну мільярдну. Якщо ж уявити, що довкола усіх зірок у видимому Всесвіті живуть такі людські популяції, як населення Землі, то можна очікувати, що приблизно трильйон людей мав би загинути у такий спосіб. Можна цілком сміливо припускати, що жоден із нас не входить у цей трильйон. Щоправда, статистика може бути іншою у мультивсесвіті, тим паче якщо там існують небезпечніші типи темної матерії.
Втім, можливо, що невидимі об’єкти на задвірках Сонячної системи, зокрема гіпотетична Дев’ята планета, є первісними чорними дірами. У недавній статті, яку я написав разом зі студентом Аміром Сіраджем, ми показали, що Великий синоптичний оглядовий телескоп міг би детектувати такі чорні діри за спалахами, які утворюються, коли вони контактують з об’єктами у хмарі Оорта.
Очевидно, що життю на Землі набагато більше загрожують інші події, такі як падіння астероїдів, в чому динозаври вже встигли переконатись на власній шкірі. Знано більшими є ризики від пандемій чи зміни клімату. Тож нам навряд чи потрібно не спати або збільшувати вартість своєї медичної страхівки, побоюючись невидимих мініатюрних чорних дір. Можемо сприйняти це як обнадійливий меседж від Матінки-природи.
Avi Loeb
Death by Primordial Black Hole
Scientific American, 06/06/2021
Зреферував Є. Л.
15.06.2021