Търсенето на обяснение на тъмната материя се превърна в научна сага. Ясно е, че има проблем с липсващата маса, но астрофизиците и космолозите не могат да разберат каква е липсващата материя. Едно от най-интересните потенциални решения са първичните черни дупки.
Ново изследване обаче показва, че първичните черни дупки могат да обяснят само малка част от тъмната материя, ако изобщо ги има.
Търсенето на тъмна материя е съсредоточено най-вече върху нов тип неоткрити елементарни частици като слабо взаимодействащи масивни частици (WIMPS), но тези търсения се оказаха безрезултатни.
"Природата на тъмната материя остава загадка. Повечето учени смятат, че тя е съставена от неизвестни елементарни частици", коментира д-р Пшемек Мруз (Przemek Mróz) от Астрономическата обсерватория на Варшавския университет. Мруз е водещ автор на новото изследване на първичните черни дупки и тъмната материя. "За съжаление, въпреки десетилетията усилия, нито един експеримент, включително експериментите, проведени с Големия адронен колайдер, не е открил нови частици, които биха могли да бъдат отговорни за тъмната материя."
Черните дупки са доста тъмни
Мруз е водещ автор на 2 нови статии, публикувани в Nature и Astrophysical Journal Supplement, които тестват дали тъмната материя може да бъде обяснена чрез друг енигматичен клас обекти във Вселената: първични черни дупки.
Тази илюстрация на художник показва как биха могли да изглеждат първичните черни дупки. В действителност черните дупки биха се стремили да образуват акреционни дискове, както е показано на снимката. Кредит на изображението: Goddard Space Flight Center на НАСА
В този случай усилията за разбиране на тъмната материя предполагат поглед назад във времето, към годините на формиране на Вселената. Но колкото по-назад се връщаме към този слабо изяснен период, толкова повече разчитаме на теорията. Именно тук откриваме първичните черни дупки.
На този етап първичните черни дупки са само теоретични. В ранната Вселена физиката е била по-различна и може би е позволявала плътни джобове от материя да колабират директно в черни дупки без звезден прародител. Откриването на тези древни черни дупки обаче се оказва трудно.
От 2015 г. насам колаборацията LIGO-Virgo следи сливанията на черни дупки и ги открива чрез техните гравитационни вълни. Тези данни показват, че черните дупки, открити от LIGO-Virgo, са по-масивни от други черни дупки, открити в Млечния път. Те са с маса между около 20 и 100 слънчеви маси в сравнение с 5 до 20 слънчеви маси.
"Да се обясни защо тези две популации от черни дупки са толкова различни, е една от най-големите загадки на съвременната астрономия", подчертава д-р Мруз.
Могат ли резултатите от LIGO-Virgo да бъдат обяснени с първичните черни дупки? Тъй като се откриват все повече гравитационни вълни, физиците се питат дали някои от тях не са доказателство за сливане на първични черни дупки.
"Детекторите на гравитационни вълни разкриха популация от масивни черни дупки, които не приличат на тези, наблюдавани в Млечния път, и чийто произход се обсъжда", пишат в статията си Мруз и неговите съавтори. Ако това са първични черни дупки, те "... трябва да съставляват от няколко до 100 % от тъмната материя, за да обяснят наблюдаваните скорости на сливане на черни дупки".
Айнщайн отново идва на помощ
Алберт Айнщайн пръв посочва, че може да е възможно да ги открием поради факта, че масата изкривява пространство-времето и огъва светлината. Ако тези черни дупки се намират в ореола на Млечния път, би трябвало да ги издават гравитационни микролещи.
Всъщност, според авторите първичните черни дупки би трябвало да предизвикват гравитационни микролещи, които се запазват с години.
Именно тук има принос полската програма за наблюдение OGLE. OGLE е съкращение от Optical Gravitational Lensing Experiment (експеримент за оптично гравитационно привличане). Тя започва през 1992 г. и представлява дългосрочна наблюдателна програма, която многократно изследва едни и същи области на небето, търсейки промени. OGLE е открила екзопланети и променливи звезди и е допринесла за разбирането ни за Млечния път по други начини.
Телескопът OGLE. Кредит: By Krzysztof Ulaczyk (more work on Wikimedia Commons: Kszulogaleria) - KszuloFotki (Krzul's Photo Gallery), CC BY-SA 2.5, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=721062
Наскоро OGLE публикува данни от 20 години наблюдения на почти 80 милиона звезди в Големия Магеланов облак, спътникова галактика на Млечния път. Данните са за периода от 2001 до 2020 г. и включват търсене на събития, свързани с гравитационни микролещи или т.нар. събития на гравитационен микролензинг.
Методът на фотометричния микролензинг (photometric microlensing) включва ефекта на гравитационната леща, възникващ, когато един обект преминава пред друг, временно увеличавайки светлината от по-отдалечената звезда-източник.
"Микролещите възникват, когато три обекта - наблюдател на Земята, източник на светлина и леща - практически идеално се подредят в пространството", заявява в прессъобщение професор Анджей Удалски (Andrzej Udalski), главен изследовател на проекта OGLE. "По време на събитие на "микролензинг" светлината на източника може да бъде отклонена и увеличена, а ние наблюдаваме временно изсветляване на светлината на източника."
Изчисленията на изследователите обясняват какво би трябвало да открие OGLE, ако първичните черни дупки са тъмна материя.
На тази фигура от изследването е показан броят на очакваните микролещи, открити от OGLE, ако приемем, че цялата тъмна материя е съставена от първични черни дупки с маса 0,01 (червено), 1 (синьо) и 100 слънчеви маси (зелено). Оста y показва тяхната времева скала по Айнщайн, или колко дълго би трябвало да трае всеки тип събитие. Кредит: Mróz et al. 2024.
"Ако цялата тъмна материя в Млечния път се състоеше от черни дупки с 10 слънчеви маси, би трябвало да открием 258 микролензинг събития. За черни дупки със 100 слънчеви маси очаквахме 99 микроленсинг събития. За черни дупки с 1000 слънчеви маси - 27 микролензинг събития", обяснява д-р Мруз.
Тъй като OGLE е толкова чувствителна, тя би трябвало да открие и повече микролензинг събития с ниска маса.
"Нашият експеримент има най-висока чувствителност към първични черни дупки с маси от 0,01 M, би трябвало да открием повече от 1100 събития, ако цялата тъмна материя се състоеше от такива обекти", пишат авторите в своята статия.
OGLE открива 13 събития на микролензинг, но нито едно от тях не е продължило повече от една година. Резултатите изглежда изключват първичните черни дупки като тъмна материя. Техният анализ показва, че всичките 13 могат да бъдат обяснени с известните звездни популации както в Млечния път, така и в Големия Магеланов облак.
Очаквани срещу наблюдавани събития на микролещи от масивни обекти към Големия магеланов облак, както се вижда през ореола на Млечния път. Кредит: J. Skowron / OGLE. Background image of the Large Magellanic Cloud: generated with bsrender written by Kevin Loch, using the ESA/Gaia database.
"Нашите наблюдения показват, че първичните черни дупки не могат да съставляват значителна част от тъмната материя и едновременно с това обясняват наблюдаваните скорости на сливане на черни дупки, измерени от LIGO и Virgo. Резултатите, които получихме, ще останат в учебниците по астрономия за десетилетия напред", смята професор Удалски.
За съжаление, главите от учебниците по тъмна материя ще останат неубедителни. Но някога със сигурност ще се намери отговора.
Справка:
Mróz, P., Udalski, A., Szymański, M.K. et al. No massive black holes in the Milky Way halo. Nature (2024). https://doi.org/10.1038/s41586-024-07704-6
Microlensing Optical Depth and Event Rate toward the Large Magellanic Cloud Based on 20 yr of OGLE Observations; Przemek Mróz et al 2024 ApJS 273 4; DOI 10.3847/1538-4365/ad452e
Източници:
Another Strike Against Primordial Black Holes as an Explanation for Dark Matter, universetoday
Dark matter is probably not made up of black holes, cosmosmagazine
Още по темата
Физика
Какво се е случило при Големия взрив – нова теория и ново състояние на материята?
Космос
Може ли тъмната материя да се състои от ултралеки първични черни дупки?
Физика
Има ли връзка между барионната асиметрия и първичните черни дупки?
Коментари
Моля, регистрирайте се от TУК!
Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!
Няма коментари към тази новина !
Последни коментари