Представьте: до Большого взрыва уже существовала Вселенная. Не пустая, не хаотичная — а со своими чёрными дырами, гравитационными волнами и сгустками материи. Потом она сжалась до предела, отскочила — и родился наш космос. А старые чёрные дыры, возможно, никуда не делись. Они пережили переход и до сих пор бродят где-то рядом, выдавая себя за тёмную материю.

Это не сюжет фантастического романа, а рабочая гипотеза, которую всерьёз обсуждают космологи. Новое исследование, опубликованное в Physical Review D, предлагает модель «космического отскока» (bounce), которая способна объяснить сразу несколько нерешённых проблем физики: происхождение Вселенной, природу тёмной материи и странные наблюдения телескопа Джеймса Уэбба.

Откуда взялась идея отскока

Почти сто лет космологи прослеживают историю Вселенной до единственного драматического момента — Большого взрыва. Стандартная модель работает блестяще: она предсказала расширение космоса, реликтовое излучение, обилие лёгких элементов. Но остаются дыры. Что именно запустило взрыв? Почему сразу после него Вселенная так быстро расширялась (инфляция)? И что за невидимая субстанция — тёмная материя — склеивает галактики?

Автор исследования Энрике Газтаньяга (Enrique Gaztañaga) из Института космологии и гравитации Портсмутского университета и Института космических наук в Барселоне предлагает обойти эти вопросы радикально: отказаться от сингулярности как начала всего.

Вместо неё — сжатие предыдущего космоса до высокой, но конечной плотности, а затем повторное расширение. Такой сценарий называют «отскоком». Идея не нова, но в новой работе впервые детально просчитано, что именно могло пережить этот переход.

Что уцелело в горниле отскока

Ключевой вопрос: если Вселенная сжимается до чудовищной плотности, что-то вообще может уцелеть? Газтаньяга и его коллеги утверждают: да. Согласно их расчётам, компактные объекты и возмущения размером более 90 метров способны пережить отскок.

Откуда берётся этот порог? В игру вступают квантовые эффекты. При экстремальных плотностях они могут создавать давление, которое тормозит коллапс и не даёт материи схлопнуться в бесконечно плотную точку. Нечто похожее уже работает в природе: квантовое давление стабилизирует белые карлики и нейтронные звёзды, не давая им сжаться под собственной гравитацией. По аналогии, квантовые эффекты могли остановить сжатие Вселенной и развернуть её обратно.

Часть чёрных дыр могла сформироваться ещё во время сжатия — из сгустков материи, которые коллапсировали под собственной тяжестью. Другие возникли уже после отскока, когда особенно плотные области схлопнулись. В обоих случаях эти «реликтовые» чёрные дыры — кандидаты в тёмную материю.

Тёмная материя из прошлой эпохи

Тёмная материя — одна из самых больших загадок космологии. Она невидима, не излучает и не поглощает свет, но её гравитация чувствуется: без неё галактики разлетелись бы, а скопления не держались бы вместе. По оценкам, тёмной материи в пять раз больше, чем обычной.

Физики перепробовали множество кандидатов: от экзотических частиц вроде аксионов до слабо взаимодействующих массивных частиц (WIMP). Ни одного пока не нашли. А что, если тёмная материя — это просто старые чёрные дыры, оставшиеся от предыдущего цикла Вселенной?

Расчёты показывают: если таких дыр достаточно много, они могут составлять значительную часть тёмной материи или даже всю её целиком. Это элегантно решает проблему: не нужно придумывать новые частицы — достаточно того, что уже есть в уравнениях.

Кстати, мы уже писали о том, что чёрные дыры могут быть старше самой Вселенной — британские и канадские астрономы пришли к похожему выводу ранее. Теперь портсмутская группа добавляет к этой идее конкретный механизм и наблюдательные следствия.

Джеймс Уэбб подыгрывает

У гипотезы есть неожиданный союзник — космический телескоп Джеймса Уэбба. Он находит в ранней Вселенной объекты, которые, казалось бы, не должны там быть: слишком массивные для такого юного возраста. Среди них — знаменитые «маленькие красные точки» (Little Red Dots), часть которых, вероятно, связана с быстро растущими чёрными дырами.

Если массивные чёрные дыры существовали уже сразу после отскока, ранней Вселенной не нужно было начинать с нуля. Первые галактики получили готовые «зародыши» сверхмассивных дыр и могли расти быстрее, чем предсказывает стандартная модель. Это объясняет наблюдения Уэбба, которые иначе выглядят аномалией.

«Если массивные чёрные дыры существовали сразу после отскока, ранней Вселенной при формировании первых галактик не пришлось начинать с нуля», — говорит Газтаньяга.

Как проверить идею

Самое приятное в этой теории — она оставляет следы, которые можно поискать. Авторы указывают на два возможных источника сигналов.

Первый — гравитационные волны. Если отскок действительно был, он должен был породить мощные гравитационные возмущения. Часть из них могла сохраниться и до сих пор гуляет по космосу — их можно попытаться поймать детекторами.

Второй — реликтовое микроволновое излучение. Это «эхо» Большого взрыва, которое мы наблюдаем как слабое свечение со всех сторон. В нём должны быть зашифрованы тонкие узоры — следы структуры предыдущей Вселенной. Если эти паттерны отличаются от предсказаний стандартной модели, это станет аргументом в пользу отскока.

«Осталось много работы, чтобы проверить эти идеи, — признаёт Газтаньяга. — Но если Вселенная действительно пережила отскок, тёмные структуры, формирующие сегодня галактики, могут быть остатками космической эпохи, предшествовавшей Большому взрыву».

Циклы вместо одного взрыва

Идея о том, что Вселенная не родилась однажды, а проходит через бесконечные циклы сжатия и расширения, витает в воздухе уже давно. Мы рассказывали о модели, в которой Вселенная умирает, чтобы родиться заново — там роль «пускового механизма» играет тёмная энергия.

Новая работа отличается тем, что предлагает конкретный, проверяемый сценарий с чёткими предсказаниями. И она связывает воедино три, казалось бы, разные загадки: происхождение чёрных дыр, природу тёмной материи и аномалии ранних галактик.

Пока это лишь модель, а не доказанная реальность. Но она красиво показывает: возможно, мы смотрим не на начало времён, а на очередной виток бесконечной космической пружины. И где-то в этой пружине застряли чёрные дыры, помнящие времена до Большого взрыва.