Защо свръхмасивните черни дупки от ранния Космос не са липсващата материя

Анатомия на едно теоретично задвижване

Идеята за първичните черни дупки винаги е имала аромата на интелектуална мързеливост. Вместо да открият нова фундаментална частица, която да обясни гравитационната леща на галактиките и невидимия им скелет, теоретиците просто решиха да използват вече познати гравитационни капани. Твърдението бе просто: броени мигове след Големия взрив, когато Вселената е била гъста и гореща супа от плътност, локалните флуктуации са колабирали директно в черни дупки. Не от умрели звезди — защото звезди все още не е имало — а пряко от първичния материков материал. Очевидно беше изкушаващо да се каже, че онези 85 процента липсваща маса, с които не можем да затворим сметките на галактическите ротации, са просто купчина тъмни, масивни обекти, пръснати из пустотата.

Случаят обаче става значително по-сложен, когато се посегне към така наречените чудовищни първични черни дупки – обекти с маси, надвишаващи 100 милиарда слънчеви маси. За да добие човек представа за каква кинетична и гравитационна бруталност става дума, това са структура, надминаваща неколкократно теглото на свръхмасивните ядра в центъра на Млечния път или съседната Андромеда. Теорията изглеждаше елегантна, докато някой не реши да провери физическите ограничения на ранния термодинамичен баланс.

Майнц, термодинамиката и фотонното гробище

Изследователите в Майнц направиха това, което всеки архивист прави с прекалено красив исторически документ – провериха подправените печати. Те взеха стандартния физически модел за произволно статистическо разпределение на тези свръхмасивни черни дупки в младата Вселена и проследиха какво би се случило с лъчението около тях. В ранната епоха материя и радиация са били в пряк контакт и всякакви деbalance в плътността оставят термични следи.

Ако пространството е било населено с такива гравитационни чудовища, това означава, че в определени зони е имало струпване на черни дупки за сметка на дефицит в лъчението. При разширяването на Вселената радиационната плътност спада по съвсем различен закон от този на твърдата материя. Балансът бързо се чупи, пораждайки така наречените изокривни смущения – флуктуации в съотношението между материя и фотони. Тези смущения не могат да бъдат скрити или изтрити. Те задължително трябва да са отпечатани върху Космическия микровълнов фон (CMB) – реликтовият светлинен фоново-термичен архив, датиращ от около 380 000 години след началния момент.

Когато изчислените амплитуди на тези смущения бяха сравнени с реалните измервания на фоновото лъчение, хипотезата пропадна. Реликтовият фон е твърде гладък, твърде хомогенен и категорично лишен от флуктуациите, които една сериозна популация от 100-милиардни слънчеви черни дупки задължително би оставила. Изводът не е емоционален, той е термодинамичен: ако тези обекти съществуват в мащаба, необходим за обяснението на тъмната материя, реликтовата светлина щеше да изглежда коренно различно. Това не изключва единични аномалии, но затваря вратата за идеята, че това е масовият пълнеж на Космоса.

Преди години по подобен начин теоретиците се опитваха да затворят сметката за липсващата маса с компактни обекти в ореола на галактиките, но тогавашните телескопични наблюдения счупиха и онзи опит за бързо решение.