Kosminiai fosilės: juodosios skylės prieš sprogimą

Įsivaizduokite aptikę fosiliją, kuri yra senesnė už uolieną, kurioje ji randama. Keista mintis. Tačiau būtent tokią viziją piešia kai kurie kosmologai: maži, atkaklūs likučiai Visatos, egzistavusios prieš mūsų.

Profesoriaus Enrique Gaztañagos vadovaujama komanda Portsmuto universitete atgaivino anksčiau prieštaringą idėją ir suteikė jai modernią interpretaciją. Vietoj vienkartinio, neaiškaus pradžios taško kosmosas galėjo sutrauktis, o vėliau atšokti į dabartinį išsiplėtimą. Tokiame scenarijuje kai kurie kompaktiški objektai, susiformavę sutraukimosi fazėje, galėjo ištverti poslinkį ir patekti į mūsų besiplečiančią Visatą kaip reliktai.

Kokia būtų tokių reliktų išvaizda? Galvokite apie pirmines juodąsias skyles, tik su istorija, kuri prasideda prieš įprastinį Didįjį sprogimą. Tai būtų tikros kosminės fosilijos: tankūs gravitacijos mazgai, išgyvenę ekstremalią suspaudą, pernešti per aukštos tankio atšokimą ir ištęsę materijos formavimąsi ilgai po to, kai susiformavo galaktikos. Ar jos galėtų būti ta išsiblaškanti tamsioji materija, kuri laiko galaktikų karkasą? Ši idėja įgauna populiarumą, nes matematinė analizė leidžia egzistuoti pakankamai dideliam išgyvenusių kompaktiškų objektų skaičiui, kad tai būtų reikšminga.

Kodėl apskritai svarstyti atšokimą? Bendroji reliatyvumo teorija linkusi vesti link singuliarumo, kai mūsų besiplečiančią Visatą ekstrapoliuojame atgal, taško, kuriame tankis ir kreivumas tampa begaliniai, o lygtys žlunga. Daugelis fizikos mokslininkų tą žlugimą traktuoja kaip užuominą, kad mūsų aprašymas yra neišbaigtas. Atšokimas pakeičia begalybę milžiniška, bet baigtine verte: kvantiniai efektai sukelia atstumiantį slėgį esant itin dideliam tankiui, stabdydami kolapsą ir inicijuodami vėl išsiplėtimą. Ta pati fizika, kuri sustabdo kolapsą baltuosiuose nykštukuose ir neutroninėse žvaigždėse, galėtų veikti ir kosminiais mastais.

Portsmuto modelis teigia, kad kvantinis slėgis galėtų imituoti anksčiau infliacijai priskiriamus efektus, išlyginant ir tempiant erdvę per atšokimą. Tai netgi galėtų susieti su tamsiąja energija, paslaptingu šiandienos spartėjančio išsiplėtimo varikliu. Ir svarbiausia, modelis prognozuoja išlikusiuosius. Jų skaičiavimai rodo, kad kompaktiški objektai, didesni už maždaug 90 metrų, galėtų per atšokimą praeiti nepažeisti. Ne gausiai, bet pakankamai, kad paliktų pėdsakus kosminėje struktūroje.

Išlikusios juodosios skylės paveiktų galaktikų formavimąsi nuo pat pradžios. Tai suteikia paprastą paaiškinimą kebliai stebimų reiškinių problemai. Džeimso Vebo kosminis teleskopas aptiko stebėtinai masyvius objektus ankstyvoje kosminėje istorijoje, vadinamuosius mažus raudonus taškelius, kurie atrodo per daug subrendę, kad tilptų į standartines laiko ašis. Jei juodosios skylės egzistavo prieš arba iškart po atšokimo, ankstyvosios galaktikos paveldėtų sėklas, kurios sutrumpintų poreikį auginti viską beveik nuo nulio.

Yra būdų išbandyti šias idėjas. Reliktinės gravitacinės bangos iš ankstesnės susitraukimo epochos skirtųsi modeliu nuo bangų, susidariusių įprastos infliacijos metu. Subtilūs atspaudai taip pat galėtų likti kosminio mikrobanginio fono spinduliuotėje, nedideli temperatūros ar poliarizacijos nukrypimai, išduodantys prieš atšokimą buvusį praeitį. Ir žinoma, tiesioginės pirminių juodųjų skylių paieškos per mikrolęšininimo apžvalgas, gravitacinių bangų aptikimus neįprastų susijungimų atvejais ar jų dinaminius efektus galaktikose galėtų atskleisti, ar egzistuoja paslėpta populiacija.

Ar tokios juodosios skylės galėtų sudaryti tamsiąją materiją? Jei pakankamai jų susiformuotų ir išgyventų atšokimą, jos galėtų sudaryti reikšmingą dalį, galbūt net visą trūkstamos masės kiekį. Tai vienu metu išspręstų dvi mįsles: tamsiosios materijos pobūdį ir netikėtai masyvių ankstyvųjų struktūrų kilmę. Kol kas nėra vienintelio įrodytinio modelio. Atšokimo scenarijus yra hipotezė, kuri pateikia konkrečias prognozes ir, kas svarbu, siūlo stebėjimo galimybes.

Žinoma, yra skeptiškumas. Pereiti nuo matematinių galimybių prie fizinės realybės reikalauja tvirtos mikrofizikos ir atitikimo preciziškiems kosmologiniams duomenims. Modeliai turi paaiškinti, kodėl atšokimas palieka tokį tankio svyravimų spektro vaizdą, kokį mes stebime, ir turi vengti prieštaravimų gerai išmatuotiems signalams kosminio mikrobanginio fono ir didelio masto struktūros duomenyse.

Vis dėlto ši idėja yra jaudinanti. Ji verčia kelti kitus klausimus: galbūt Didysis sprogimas nėra absoliuti pradžia, o tik skyrių kirtis. Gal mūsų kosmosas neša archeologinius ankstesnės epochos pėdsakus, paslėptus kompaktiškuose, gravitaciškai surištuose objektuose, sklandančiuose erdvėje. Jei net kelios tokios kosminės fosilijos atsiras, mūsų pasakojimas apie kilmę turės būti perrašytas.