Таинственный низкочастотный фон гравитационных волн может быть связан с так называемыми темными звездами, существование которых пока остается гипотезой. Исследователи полагают, что эти объекты могли стать предшественниками первых сверхмассивных черных дыр. Их след, по версии авторов работы, мог сохраниться в виде космического «шума» гравитационных волн.
Низкочастотные гравитационные волны обнаружили в 2023 году с помощью массива пульсаров — быстро вращающихся нейтронных звезд. Они испускают узкие пучки излучения, по малейшим задержкам которых можно отслеживать изменения пространства-времени. Исследование опубликовано в журнале Physical Review D.
Обычно такой фон объясняют сближением и слиянием пар сверхмассивных черных дыр. Речь идет прежде всего об объектах, общая масса которых превышает 1 млрд масс Солнца. Однако эта версия не отвечает на вопрос, каким образом столь крупные черные дыры успели появиться в ранней Вселенной, когда ей еще не было 1 млрд лет.
Авторы исследования Космин Илие и Сохан Гходла предположили, что рост сверхмассивных черных дыр мог начаться с тяжелых «семян», возникших после коллапса темных звезд. Такие гипотетические первичные звезды, согласно модели, получали энергию не за счет термоядерных реакций, а вследствие самоуничтожения темной материи в их ядрах. Благодаря этому они могли оставаться сравнительно холодными и долго накапливать вещество.
По расчетам ученых, темные звезды могли вырастать до массы в несколько млн Солнц, а затем разрушаться под действием собственной гравитации. После этого образовывались массивные черные дыры, которые при столкновениях и слияниях становились основой для сверхмассивных объектов. Моделирование показало, что остатки таких звезд способны вносить значительный, а возможно и основной вклад в зарегистрированный фон гравитационных волн.
Пульсарные массивы времени могут помочь оценить, насколько распространены были тяжелые зачатки черных дыр в ранней Вселенной. Слишком большое их число, как отмечают исследователи, дало бы избыточный сигнал, а при недостатке потребовались бы другие механизмы формирования сверхмассивных черных дыр. Для проверки этой гипотезы необходимы более точные наблюдения гравитационного фона и дополнительные данные о черных дырах ранней Вселенной.
