Загадочный фон гравитационных волн, об обнаружении которого астрономы сообщили в 2023 году, получил новое возможное объяснение. Исследователи из Университета Колгейт предположили, что часть этого космического «гула» могла возникнуть благодаря потомкам так называемых темных звезд, существовавших на заре Вселенной.
Речь идет не о звуке в привычном понимании, а о чрезвычайно медленных колебаниях пространства-времени. Их обнаруживают с помощью пульсаров — быстро вращающихся нейтронных звезд, сигналы которых приходят на Землю с исключительной регулярностью. Проходящие гравитационные волны немного изменяют время прихода этих импульсов, позволяя ученым фиксировать практически незаметные искажения пространства.
Основным источником такого фона сегодня считаются многочисленные пары сверхмассивных черных дыр, постепенно сближающихся и сливающихся друг с другом. Однако остается другая проблема: астрономам необходимо объяснить, откуда сами гигантские черные дыры взялись настолько рано.
Наблюдения космического телескопа «Джеймс Уэбб» показывают существование крупных черных дыр уже в первые сотни миллионов лет истории Вселенной. При классическом сценарии, когда сравнительно небольшая черная дыра постепенно растет за счет поглощения вещества и слияний, времени для достижения такой массы могло попросту не хватить.
Одним из решений могут оказаться гипотетические темные звезды. Согласно этой модели, первые подобные объекты получали значительную часть энергии не от обычного термоядерного синтеза, а благодаря аннигиляции частиц темной материи. Это позволяло им оставаться относительно холодными, продолжать поглощать вещество и теоретически вырастать до миллионов солнечных масс.
В конце жизни такие гиганты могли коллапсировать непосредственно в массивные черные дыры. Получив столь большую «фору» при рождении, они затем успевали превратиться в сверхмассивные объекты, существование которых астрономы наблюдают в молодой Вселенной.
Исследователи Космин Илие и Сохан Годла смоделировали дальнейшую эволюцию таких тяжелых зародышей и пришли к выводу, что их последующие слияния могли оставить заметный след в наблюдаемом сегодня фоне гравитационных волн. При определенных условиях их вклад способен оказаться даже доминирующим.
Пока это остается гипотезой. Более точные наблюдения за гравитационно-волновым фоном и сверхмассивными черными дырами ранней Вселенной должны показать, действительно ли современные астрономы наблюдают своеобразное эхо объектов, исчезнувших более 13 миллиардов лет назад.
