Космология — это раздел астрофизики, изучающий происхождение, структуру, состав и эволюцию Вселенной в целом. Она опирается на наблюдения космического микроволнового фона, распределения галактик, красного смещения и другие астрофизические данные, позволяющие восстановить картину развития космоса от первых долей секунды после Большого взрыва до современного состояния.
") — существованием сверхмассивных темных звезд, которые могли стать зародышами первых гигантских черных дыр. Речь идет не об отдельных мощных гравитационных волнах, возникающих при столкновении сравнительно небольших черных дыр и регистрируемых наземными детекторами. Ученых интересует гораздо более медленный фоновый сигнал. Его колебания происходят на масштабах месяцев и лет, поэтому обнаружить их обычным интерферометром невозможно. Вместо этого астрономы используют пульсары — быстро вращающиеся нейтронные звезды, посылающие к Земле чрезвычайно стабильные радиоимпульсы. Они работают как природные космические часы. Проходящая между пульсаром и Землей гравитационная волна слегка изменяет геометрию пространства-[времени](https://hanga.su/glossary/time "Время — это фундаментальная физическая величина, описывающая последовательность событий и меру их длительности. В научной картине мира время рассматривается не как абстрактная категория, а как измеримый параметр, связывающий процессы и определяющий порядок их развития. В классической механике время протекает равномерно и независимо от наблюдателя, однако теория относительности существенно расширила эти представления: скорость движения и гравитация способны изменять течение времени, что подтверждено экспериментально.
") и, соответственно, [время](https://hanga.su/glossary/time "Время — это фундаментальная физическая величина, описывающая последовательность событий и меру их длительности. В научной картине мира время рассматривается не как абстрактная категория, а как измеримый параметр, связывающий процессы и определяющий порядок их развития. В классической механике время протекает равномерно и независимо от наблюдателя, однако теория относительности существенно расширила эти представления: скорость движения и гравитация способны изменять течение времени, что подтверждено экспериментально.
") прихода импульса. Если десятилетиями наблюдать множество пульсаров, можно искать согласованные крошечные отклонения в их сигналах. Такие системы называются массивами тайминга пульсаров, или PTA. Несколько международных проектов уже обнаружили признаки общего наногерцового гравитационно-волнового фона. Наиболее естественным источником этого космического гула считается огромное количество двойных сверхмассивных черных дыр. Когда галактики сталкиваются и объединяются, находящиеся в их центрах черные дыры постепенно сближаются и могут образовывать двойную систему. Вращаясь друг вокруг друга, они создают гравитационные волны. Сигналы множества таких систем складываются в общий фон. Особенно важны гиганты с суммарной массой порядка миллиарда солнечных масс и выше. Но здесь возникает фундаментальная проблема: чтобы получить настолько огромные черные дыры, необходимо объяснить происхождение их первоначальных зародышей. Наблюдения далекой Вселенной показывают, что массивные черные дыры существовали уже спустя сравнительно короткое время после Большого взрыва. Это означает, что они либо росли чрезвычайно быстро, либо начинали развитие с гораздо более массивных зародышей, чем остатки обычных звезд. Исследователи Университета Колгейт рассмотрели два возможных сценария. Первый предполагает образование массивных черных дыр в результате прямого коллапса больших газовых облаков. Второй значительно экзотичнее: первоначальные черные дыры могли остаться после гибели сверхмассивных темных звезд. Темные звезды пока существуют только как гипотеза. Несмотря на название, они могли быть огромными и достаточно яркими. Их принципиальное отличие от обычных звезд заключалось бы в источнике [энергии](https://hanga.su/glossary/energy "Энергия — одно из ключевых понятий физики и фундаментальная характеристика материи. Она выражает способность системы совершать работу, создавать движение или вызывать изменения в окружающем мире. Энергия существует в различных формах — механической, тепловой, электрической, химической, ядерной и других — и может переходить из одной формы в другую, но никогда не исчезает, что отражает закон сохранения энергии.
"). Вместо термоядерных реакций существенную роль в их нагреве могла играть темная [материя](https://hanga.su/glossary/matter "Материя — фундаментальная субстанция, из которой состоит всё существующее в физическом мире. Она имеет массу, объём и может находиться в различных состояниях: твёрдом, жидком, газообразном, плазменном и квантовом. На микроуровне материя образована атомами и элементарными частицами — электронами, протонами и нейтронами, а также их более глубокими составляющими — кварками и лептонами.
"). В одном из сценариев частицы темной [материи](https://hanga.su/glossary/matter "Материя — фундаментальная субстанция, из которой состоит всё существующее в физическом мире. Она имеет массу, объём и может находиться в различных состояниях: твёрдом, жидком, газообразном, плазменном и квантовом. На микроуровне материя образована атомами и элементарными частицами — электронами, протонами и нейтронами, а также их более глубокими составляющими — кварками и лептонами.
") типа WIMP могли сталкиваться и аннигилировать внутри таких объектов, выделяя энергию. Дополнительный нагрев позволял бы звезде оставаться относительно холодной и очень большой, продолжая поглощать окружающее [вещество](https://hanga.su/glossary/substance "Вещество — это форма материи, обладающая массой и занимающая пространство. Оно состоит из атомов, молекул или элементарных частиц, взаимодействующих между собой посредством фундаментальных сил. Основные состояния вещества включают твёрдое, жидкое, газообразное и плазму, однако современная физика дополнительно выделяет экзотические формы, такие как конденсат Бозе–Эйнштейна, кварк-глюонная плазма и сверхтекучие фазы.
"). Теоретически ее масса могла достигать сотен тысяч или даже миллиона масс Солнца. После коллапса такой гигант сразу оставлял бы чрезвычайно массивную черную дыру. Это частично решает проблему времени: вместо небольшого звездного остатка, которому необходимо очень быстро набрать огромную массу, ранняя [Вселенная](https://hanga.su/glossary/universe "Вселенная — это бескрайнее пространство, охватывающее всё существующее: от мельчайших частиц до огромных галактик и звёздных систем. Её возраст оценивается примерно в 13,8 миллиарда лет, начиная с момента Большого взрыва. На протяжении всего этого времени Вселенная расширялась и эволюционировала, формируя сложные структуры, такие как звёзды, планеты и туманности.
") сразу получает крупный зародыш будущей сверхмассивной черной дыры. Авторы новой работы проследили теоретическую судьбу подобных объектов. Они моделировали их рост вместе с галактиками, образование двойных систем, частоту слияний и возникающий в результате гравитационно-волновой фон. Расчеты показали, что потомки сверхмассивных темных звезд при определенной начальной численности способны давать значительную и даже доминирующую часть сигнала, наблюдаемого массивами пульсаров. Рассмотренная популяция черных дыр прямого коллапса оказалась значительно более редкой и создавала гораздо меньший фон. Это превращает PTA в неожиданную машину времени. Сами гравитационные волны могут испускаться при слияниях черных дыр значительно позже эпохи первых звезд, однако количество и масса этих черных дыр зависят от того, сколько массивных зародышей появилось на заре Вселенной. Таким образом, современные наблюдения позволяют устанавливать ограничения на объекты, существовавшие при красном смещении выше 10. Если первоначальных массивных зародышей было слишком много, их потомки создали бы больше двойных сверхмассивных черных дыр и гравитационно-волновой фон оказался бы сильнее наблюдаемого. Если их было мало, необходимо искать дополнительные механизмы быстрого образования и роста черных дыр. Однако исследование пока не является доказательством существования темных звезд. Это теоретическая модель, демонстрирующая, что такой сценарий совместим с наблюдениями при определенных параметрах. Сам гравитационно-волновой фон также может зависеть от множества особенностей эволюции [галактик](https://hanga.su/glossary/galaxy "Галактика — это крупная гравитационно связанная система, состоящая из звёзд, межзвёздного газа, пыли, тёмной материи и звездных скоплений. Все компоненты галактики удерживаются общей гравитацией, формируя сложную динамическую структуру. В зависимости от формы и характеристик выделяют несколько основных типов галактик: спиральные, эллиптические и неправильные. Каждая из них имеет свою историю формирования и эволюции, связанную с процессами звездообразования, столкновениями и взаимодействиями с соседними галактическими системами.
") и черных дыр. По мере накопления данных массивами тайминга пульсаров точность измерений будет увеличиваться. Одновременно космические телескопы продолжают находить все более ранние галактики и активные черные дыры. Совместный [анализ](https://hanga.su/glossary/analysis "Анализ — это один из фундаментальных инструментов науки, используемый для структурного изучения сложных систем, данных и процессов. В основе анализа лежит разложение явлений или данных на составляющие части, что позволяет лучше понять их структуру, закономерности и взаимосвязи.
") этих наблюдений может помочь восстановить происхождение первых космических гигантов. **Ссылка:** «Реконструкция измерений PTA посредством раннего зарождения сверхмассивных черных дыр» [ DOI: 10.1103/hvfd-8fkr.](https://dx.doi.org/10.1103/hvfd-8fkr "DOI: 10.1103/hvfd-8fkr") - [ Исследования ](https://hanga.su/research) - [ Космос ](https://hanga.su/space) - [ Физика ](https://hanga.su/physics) - [ Квантовые технологии ](https://hanga.su/quantum-technologies) - [ Астрофизика ](https://hanga.su/astrophysics) - Понравилось: 26 - Похожие материалы: [Нелинейный звон черных дыр: как новая теория раскрывает скрытую архитектуру гравитационных волн](https://hanga.su/919,2025) | [Новый взгляд на Вселенную: обнаружение скрытых сверхмассивных черных дыр с помощью гравитационных волн](https://hanga.su/450,2025) | [Раскрытие космических загадок: новейшие детекторы гравитационных волн и их потенциал](https://hanga.su/417,2025) | [Смерть звёзд как послание человечеству: почему учёные ждут гравитационные волны от следующей сверхновой](https://hanga.su/2031,2026) | [Ученые предложили новый способ измерения гравитационных волн во всей Вселенной](https://hanga.su/1954,2026) | [Ученые, возможно, впервые заметили следы темной материи в гравитационных волнах](https://hanga.su/1860,2026) Загрузка следующей статьи...