Физики LIGO сначала обнаружили следы первичных чёрных дыр, а затем сами же опровергли это открытие

Международная коллаборация LIGO-Virgo-KAGRA представила результаты комплексного исследования, посвящённого поиску первичных чёрных дыр — гипотетических образований, возникших в первые мгновения после Большого взрыва. В основу работы легли данные первого этапа четвёртого наблюдательного цикла O4a, пополнившие реестр гравитационно-волновых событий на 85 новых сигналов, что довело общее число зафиксированных явлений до 161.

Первичные чёрные дыры рассматриваются научным сообществом как один из наиболее экзотических вариантов состава тёмной материи. В отличие от своих «звёздных» собратьев, появляющихся вследствие коллапса массивных светил, данные объекты могли сформироваться в ранней Вселенной из-за локальных флуктуаций плотности вещества. Именно анализ распределения масс объектов, улавливаемых детекторами, стал ключом к проверке этой гипотезы.

Интерес учёных был подогрет аномалиями в каталоге: распределение масс обнаруженных чёрных дыр имело выраженные пики, плохо соотносимые со стандартными моделями эволюции звёзд. Возникло предположение, что в общей массе событий скрывается популяция «первичных» объектов.

Первоначальная статистическая обработка данных выглядела многообещающе: коэффициент Байеса составил ln B ≈ 30,5, что в физике элементарных частиц и космологии традиционно интерпретируется как весьма весомое подтверждение проверяемой концепции.

Тем не менее, углублённый анализ показал, что кажущийся успех был обусловлен влиянием нескольких специфических событий в диапазоне малых масс. В частности, критическую роль сыграл один неоднозначный случай слияния, где более лёгкий объект с высокой долей вероятности являлся нейтронной звездой, а не чёрной дырой. После того как этот сигнал был исключён, а параметры модели уточнены, значение коэффициента Байеса опустилось до ln B ≈ 1,7. Этот показатель признан недостаточным для утверждения о существовании популяции чёрных дыр незвёздного происхождения.

Итоговый вывод оказался консервативным: достоверных свидетельств в пользу «первичности» обнаруженных чёрных дыр не найдено. Тем не менее, именно этот отрицательный результат позволил физикам установить наиболее строгие на сегодняшний день ограничения на распространённость таких объектов в космосе.

Для диапазона масс от 0,6 до 100 солнечных физики ограничили долю тёмной материи в форме первичных чёрных дыр уровнями от 10⁻² до 10⁻⁴. Это означает, что на подавляющей части исследованного спектра такие объекты могут составлять лишь ничтожную часть тёмной материи — сотые или даже десятитысячные доли.

Примечательно, что наиболее качественные ограничения удалось получить не через изучение стохастического гравитационно-волнового фона, а посредством анализа индивидуальных слияний. Полученные таким методом данные оказались примерно в тысячу раз точнее, чем оценки, выведенные из фонового излучения.

Также команда исследователей изучила вероятность присутствия ещё более лёгких чёрных дыр с массами порядка 10⁻⁴–10⁻³ от солнечной, что сравнимо с массой крупных планет. Хотя прямых кандидатов обнаружить не удалось, текущая чувствительность оборудования уже позволяет исключить сценарии, при которых подобные объекты могли бы составлять более 20% тёмной материи.

Авторы работы подчеркивают, что ключевым результатом стали не только установленные лимиты, но и внедрение «агностических методов анализа», менее зависимых от априорных предположений о механизмах рождения чёрных дыр. В условиях стремительного пополнения базы данных LIGO-Virgo-KAGRA такие подходы станут ключевыми инструментами в попытках «увидеть» процессы, происходившие на заре мироздания.

Источник: iXBT