Группа физиков из колледжа Леман (США) представила теоретическую модель, согласно которой первичные черные дыры — гипотетические объекты, возникшие в первые доли секунды после Большого взрыва, — могли пережить 13,8 миллиарда лет существования Вселенной благодаря взаимодействию с дополнительным, пятым пространственным измерением. Исследование, готовящееся к публикации в журнале Physical Review D, предлагает новое объяснение того, почему часть микроскопических черных дыр не испарилась за космологические сроки, как предсказывает стандартная четырехмерная модель.

Мембранная Вселенная и скрытое измерение

Современная теоретическая физика рассматривает наблюдаемую Вселенную как четырехмерную мембрану (брейн), погруженную в пространство большей размерности. В этой картине элементарные частицы и электромагнитное излучение жестко привязаны к мембране и не могут покинуть пределы четырехмерного пространства. Однако гравитация, по гипотезе, не подчиняется такому ограничению: она способна «просачиваться» в дополнительные измерения. Пятое измерение, согласно модели, существует в свернутом (компактифицированном) состоянии и имеет характерный размер порядка одного микрона. Ключевой порог для черной дыры определяется размером её горизонта событий: если он меньше одного микрона, гравитационное поле объекта распространяется уже в пяти измерениях, превращая его в пятимерный объект с принципиально иными свойствами.

Рождение первичных черных дыр: два сценария

В отличие от черных дыр звездной массы, образующихся в результате коллапса массивных звезд, первичные черные дыры сформировались в первые мгновения после Большого взрыва из надплотных участков материи. В модели рассматриваются два основных механизма их образования. Первый связан с быстрыми фазовыми переходами при стремительном охлаждении ранней Вселенной: локальные области с аномально высокой плотностью коллапсировали в микроскопические черные дыры. Второй механизм предполагает коллапс космических струн — гипотетических топологических дефектов пространства-времени, которые формировали петли, сжимавшиеся под собственным натяжением. В рамках модели «темного измерения» первичные черные дыры, возникшие из таких струн, изначально рождаются уже пятимерными, поскольку их горизонт событий с самого начала меньше микронного порога.

Нестабильность Грегори — Лафламма и переход в пятое измерение

Расчеты, проведенные авторами работы, показали, что даже четырехмерные первичные черные дыры, сформированные в результате фазовых переходов, были бы нестабильны. Из-за так называемой нестабильности Грегори — Лафламмы — релятивистского эффекта, при котором цилиндрические или сферические объекты с малым поперечным размером теряют устойчивость и «разворачиваются» в дополнительное измерение, — такие объекты быстро трансформировались бы в пятимерные. Таким образом, независимо от конкретного механизма образования, значительная часть первичных черных дыр рано или поздно оказалась бы в пятимерном состоянии.

Замедленное испарение и выживание за 13,8 миллиарда лет

Переход в пятое измерение кардинально меняет физическую эволюцию черной дыры. По механизму излучения Хокинга черные дыры постепенно теряют массу и в конечном итоге испаряются. Однако пятимерные объекты испаряются значительно медленнее своих четырехмерных аналогов, поскольку гравитационное поле распределяется на больший объем пространства, снижая интенсивность излучения на единицу поверхности горизонта. Это замедление, по расчетам авторов, достаточное для того, чтобы часть первичных черных дыр дожила до настоящего момента — спустя 13,8 миллиарда лет с момента Большого взрыва. Именно это делает их потенциальными кандидатами на роль «вечных» черных дыр, о которых в популярной научной прессе заговорили в последние месяцы.

Связь с аномальными астрофизическими сигналами

Авторы модели также предлагают объяснение ряда аномальных наблюдений. В частности, финальная вспышка испарения пятимерной черной дыры могла привести к регистрации высокоэнергетического нейтрино обсерваторией KM3NeT без сопутствующего фотонного излучения — события, которое трудно объяснить в рамках стандартных астрофизических моделей. Если хотя бы одна первичная черная дыра будет непосредственно обнаружена, физики получат прямой инструмент для исследования физических процессов и измерений, недоступных непосредственному наблюдению, включая проверку гипотез о дополнительных измерениях и свойствах гравитации на субмикронных масштабах.

Противоречивые данные

Несколько аспектов представленной работы требуют осторожной интерпретации. Во-первых, исследование на момент публикации материала находится на стадии подготовки к выходу в Physical Review D, то есть еще не прошло полный цикл рецензирования (peer review), что означает, что выводы могут быть скорректированы в ходе экспертной оценки. Во-вторых, в научном сообществе не существует единого механизма образования первичных черных дыр: наряду с фазовыми переходами и коллапсом космических струн, обсуждаемыми в данной работе, другие исследования (в том числе опубликованные в 2026 году) указывают на возможную роль первых звезд во Вселенной в формировании первичных объектов. Эти механизмы не исключают друг друга, но дают различные оценки массы и количества первичных черных дыр. В-третьих, связь с детектированием нейтрино обсерваторией KM3NeT является гипотетической: авторы предлагают её как возможное объяснение, но не утверждают, что конкретное событие однозначно подтверждает пятимерную природу источника. Наконец, само существование пятого измерения на микронном масштабе остается теоретической гипотезой, не подтвержденной прямыми экспериментальными данными.

Значение для фундаментальной физики

Работа колледжа Леман вписывается в более широкий контекст поиска признаков дополнительных пространственных измерений, который ведется на пересечении квантовой гравитации, космологии и астрофизики высоких энергий. Если пятимерные первичные черные дыры действительно существуют и их испарение можно зарегистрировать, это станет первым прямым наблюдением гравитации, распространяющейся за пределы четырехмерной мембраны. Это откроет принципиально новый канал для проверки моделей бранной космологии и, возможно, даст ответ на вопрос о природе темной материи, часть которой в некоторых сценариях может «прятаться» в дополнительном измерении.