Темна матерія — це залишки мікроскопічних чорних дір?

Темна матерія з тіней Всесвіту: як чорні діри і космічні горизонти можуть пояснити одну з найбільших загадок космології.

У нових теоретичних розвідках фізик Стефано Профумо з Каліфорнійського університету в Санта-Крузі висунув дві альтернативні гіпотези щодо походження темної матерії. Обидві моделі спираються не на вигадану фізику, а на перевірені наукові концепти, включаючи квантову теорію поля, гравітацію та структуру простору-часу.

Дзеркальний сектор і мікроскопічні чорні діри

Перша модель припускає існування “дзеркального світу” — прихованого сектора, де діють власні частинки та сили, але з аналогічними фізичними законами. Згідно з цією теорією, темна матерія могла утворитися із залишків мікроскопічних чорних дір, які сформувалися з так званих “темних баріонів”, зв’язаних частинок, що виникли внаслідок темної квантової хромодинаміки (КХД).

“Ці залишки чорних дір були б лише в кілька разів важчими за масу Планка… але якщо їх утворити в потрібній кількості, вони могли б пояснити всю темну матерію”, — йдеться у статті Profumo.

Такі об’єкти взаємодіють лише через гравітацію, тому вони не виявляються в експериментах, орієнтованих на частинки, що взаємодіють через електромагнітні або слабкі сили.

Квантове випромінювання з космічного горизонту

Інше дослідження Профумо, опубліковане у травні 2025 року, пропонує ще одну гравітаційну версію походження темної матерії. Згідно з нею, після етапу інфляції Всесвіт міг пережити фазу помірного, але прискореного розширення, під час якої “космічний горизонт” діяв як джерело квантового випромінювання.

У цьому контексті темна матерія могла “народитися” подібно до випромінювання Гокінга, яке, за передбаченнями, виникає на горизонтах чорних дір.

“Ідея натхненна тим, як спостерігачі поблизу космічних горизонтів сприймають теплове випромінювання завдяки квантовим ефектам”, — зазначає Профумо.

Цей сценарій дозволяє пояснити широкий діапазон мас темної матерії без необхідності задавати її специфічні взаємодії. Достатньо лише припустити, що ці частинки стабільні і формуються гравітаційно.

Теорії за межами експерименту, але в межах фізики

“Обидва механізми є дуже спекулятивними, але вони пропонують автономні та обчислювані сценарії”, — наголошує Профумо. Вони уникають залежності від стандартних моделей темної матерії, які за роки досліджень не дали результатів у лабораторіях.

Університет Санта-Круз має давню традицію космологічних досліджень. Саме тут допомогли розробити лямбда-модель холодної темної матерії, яка сьогодні є провідною в космології. Нові теорії Профумо продовжують цей шлях, поєднуючи мікросвіт з великомасштабною структурою Всесвіту.

Хоч ці гіпотези й не мають наразі експериментального підтвердження, вони розширюють наші уявлення про можливе походження темної матерії — ключового елементу Всесвіту, природа якого все ще залишається невідомою.