Гравітаційно-хвильова астрономія звикла мати справу з масивними об'єктами: чорними дірами в десятки сонячних мас, парами нейтронних зірок вагою трохи більше за Сонце. Подія S251112cm, зафіксована мережею LIGO-Virgo-KAGRA у листопаді 2025 року, порушує цю звичну картину. Принаймні один з об'єктів, що злилися, має масу меншу за сонячну — і це відразу ставить під сумнів усі стандартні пояснення.
Нове дослідження групи Md Riajul Haque, Fabio Iocco та Luca Visinelli пропонує розглянути подію як злиття двох первинних чорних дір — гіпотетичних релікт ранньої стадії Всесвіту. Автори не стверджують, що це точно так, але показують: така інтерпретація узгоджується з наявними даними і не суперечить обмеженням на кількість подібних об'єктів у Всесвіті.
Чому підсонячна маса — це проблема для стандартної фізики
Нейтронні зірки утворюються з колапсу ядер масивних зір і мають мінімальну масу, нижче якої вони просто не можуть існувати стабільно — приблизно одна сонячна маса. Чорні діри зоряного походження виникають з ще важчих ядер і теж не бувають легшими за Сонце.
Об'єкт з масою нижче цього порогу випадає з обох категорій. Він не вписується в жоден відомий сценарій зоряної еволюції. Саме тому детектори LVK, зафіксувавши сигнал S251112cm із такими параметрами, одразу привернули увагу теоретиків, які шукають альтернативні механізми формування компактних об'єктів.
Первинні чорні діри як релікти ранньої історії Всесвіту
Один із кандидатів на роль такого альтернативного механізму — первинні чорні діри (PBH, primordial black holes). На відміну від зоряних чорних дір, вони не є продуктом колапсу зорі. Вони формуються з колапсу густинних флуктуацій — нерівномірностей у розподілі речовини — у перші миті після Великого вибуху, задовго до появи перших зір.
Оскільки процес їхнього утворення не пов'язаний із зоряною фізикою, маса первинних чорних дір теоретично може бути якою завгодно: від астероїдної до наднасолярної. Підсонячні значення — 0,1–1 маси Сонця — цілком вписуються в цей діапазон. Крім того, первинні чорні діри розглядають як один із можливих кандидатів на роль темної матерії, тож будь-яке спостережне свідчення їхнього існування має вагу далеко за межами конкретної події.
Як рахують ймовірність PBH-сценарію
Автори роботи поєднали аналітичні оцінки темпу злиття первинних чорних дір із поточними спостережними обмеженнями на їхню частку у Всесвіті та з чутливістю пошуків LVK. Мета — оцінити, наскільки ймовірно, що LVK взагалі побачив би подію на кшталт S251112cm, якби PBH дійсно становили частину темної матерії.
Результат залежить від того, наскільки жорсткими вважати наявні обмеження на кількість первинних чорних дір. У сценарії з помірно послабленими обмеженнями ймовірність спостереження такого злиття в діапазоні мас 0,5–1 сонячної маси сягає одиниці — тобто подія стає практично очікуваною. У консервативніших сценаріях, а також для нижчого краю діапазону мас, ймовірність зменшується, але залишається помітною — близько 0,5.
Що заважає остаточному висновку
Головна невизначеність — самі обмеження на частку первинних чорних дір у темній матерії. Вони отримані з різних астрофізичних спостережень і залежать від припущень, які поки не узгоджені між дослідницькими групами. Через це автори прямо зазначають: їхні результати не можна вважати доказом того, що S251112cm справді є злиттям двох первинних чорних дір.
Проте головний висновок роботи стосується не конкретної події, а методу загалом. Підсонячні гравітаційно-хвильові сигнали демонструють реальний потенціал як інструмент пошуку первинних чорних дір і перевірки їхньої ролі в темній матерії. Кожна нова подія такого типу звужуватиме коло можливих пояснень — і, можливо, колись дасть однозначну відповідь.
