Научные коллаборации LIGO и Virgo, куда входят исследователи из МГУ им. М.В. Ломоносова и Института прикладной физики РАН, попытались найти в данных гравитационных «телескопов» LIGO и Virgo следы ультракомпактных двойных систем, состоящих из тел массой в 0,2−1,0 солнечных. Найти такие объекты не удалось, и это значит, что гипотеза о существовании большого количества древних черных дыр, так называемых «первичных», пока не находит никакого подтверждения в наблюдениях. Ранее считалось, что они могут быть «носителями» заметной части так называемой темной материи. С текстом соответствующей работы можно ознакомиться на сервере препринтов Корнелльского университета.

Чтобы превратиться в черную дыру или нейтронную звезду, обычной звезде нужно иметь массу более одной солнечной. Однако достаточно давно был предложен теоретический механизм, который может привести к образованию черной дыры массой менее одной солнечной. Согласно этой гипотезе, почти сразу после Большого взрыва, за счет изначальных неоднородностей в распределении материи во Вселенной, могли образоваться так называемые первичные черные дыры — массой заметно меньше одной солнечной. Высказывалось предположение, что такие первичные черные дыры могут быть заметным компонентом так называемой темной материи. Поэтому вопрос о том, существуют или нет такие объекты в реальности и если да, то насколько их много, имеет существенное значение для понимания устройства Вселенной в целом.

Авторы новой работы проанализировали данные гравитационных интерферометров, работавших в рамках проектов Advanced LIGO и Advanced Virgo. Такие системы ищут гравитационные волны большой длины за счет измерения времени прохождения светового сигнала через систему зеркал с большой длиной свободного пробега лазерных лучей. Поскольку гравитационная волна искажает метрику нашего пространства-времени, время прохождение лазерного луча, попавшегося «на пути» гравитационной волны, меняется, что и позволяет зарегистрировать волну.

Исследователи выяснили, что никаких следов кандидатов в гравитационные волны от ультракомпактных двойных систем (с компонентами, включающими маломассивные черные дыры) в данных существующих наблюдений нет. Это не означает, что подобные системы вовсе не существуют, однако указывает на то, что они могут встречаться довольно редко.

Хотя новые данные накладывают важные ограничения на количество первичных черных дыр, нельзя не отметить того факта, что их существование, и в особенности распространенность, ставились под сомнение целым рядом исследовательских групп уже довольно давно. Причин для этого было немало. Например, следы темной материи сложно обнаружить в ядрах галактик, но легко видеть на их периферии. Если бы за значительную часть темной материи отвечали первичные черные дыры, объяснить это было бы крайне сложно: для них более естественно было бы концентрироваться в ядре, где находится большая часть видимой материи галактик.