Физики проверили гипотезу о том, что тёмную материю составляют первичные чёрные дыры сверхбольшой массы, и не нашли ей подтверждения. Речь идёт о первичных чёрных дырах массой от 100 млрд масс Солнца, которые авторы называют SLAB (Stupendously Large Black Holes). Расчёты показали: такие объекты не могли составлять значительную долю невидимой массы Вселенной.
Учёные выяснили, какие следы эти объекты должны были оставить в реликтовом излучении — микроволновом излучении ранней Вселенной, возникшем примерно через 380 000 лет после Большого взрыва. Если первичные чёрные дыры составляют заметную долю тёмной материи, их распределение создаёт дополнительные неоднородности плотности, которые со временем должны влиять на реликтовое излучение.
Эти возмущения сравнили с ограничениями по данным космической обсерватории Planck и наблюдениям барионных акустических осцилляций. Предсказываемые возмущения оказались выше допустимого уровня, и гипотеза о значительной доле SLAB в тёмной материи была отвергнута. Авторы получили ограничения для первичных чёрных дыр в диапазоне масс от 10⁸ до 10¹⁹ масс Солнца; основной вывод относится к объектам тяжелее 10¹¹ масс Солнца.
Выводы затрагивают и другие гипотезы. В частности, они ставят под сомнение модель, в которой возмущения от первичных чёрных дыр ускорили формирование массивных галактик ранней Вселенной — кандидатов в такие галактики обнаружил телескоп «Джеймс Уэбб». Кроме того, усилены аргументы против версии, что слияния первичных чёрных дыр создают фоновый сигнал гравитационных волн в наногерцовом диапазоне, который фиксируют массивы миллисекундных пульсаров.
Работа не закрывает вопрос о природе тёмной материи и не исключает все первичные чёрные дыры. Расчёты исходят из предположения об одной характерной массе таких объектов, а не о широком диапазоне масс, и авторы указывают на необходимость проверить более сложные распределения. Уточнить новые ограничения помогут будущие эксперименты по измерению реликтового излучения, включая LiteBIRD и Simons Observatory.