Международная группа ученых проверила теорию, предложенную Стивеном Хокингом, и результаты исключают возможность того, что первичные черные дыры составляют большую часть темной материи.
Ученые знают, что 85% вещества во Вселенной состоит из темной материи. Ее гравитация предотвращает распад звезд в Млечном Пути. Однако попытки обнаружить такие частицы темной материи с помощью ускорителей частиц, в том числе самого большого в мире - Большого адронного коллайдера, - пока не увенчались успехом.
Это побудило ученых рассмотреть теорию Хокинга 1974 года о существовании первичных черных дыр, появившихся вскоре после Большого взрыва, и его предположения о том, что они могут составить большую часть нематериальной темной материи, которую ученые пытаются открыть сегодня.
Международная группа исследователей использовала эффект гравитационного линзирования для поиска оригинальных черных дыр между Землей и галактикой Андромеды. Гравитационное линзирование, эффект, впервые предложенный Эйнштейном, проявляется в изгибе световых лучей от удаленного объекта, такого как звезда, вызванного гравитацией массивного объекта, такого как черная дыра, которая расположена в поле зрения наблюдателя. В крайних случаях такой изгиб света приводит к тому, что фоновая звезда выглядит намного ярче, чем есть на самом деле.
Эффекты гравитационного линзирования, однако, являются очень редкими явлениями, потому что они требуют, чтобы звезды в галактике Андромеды, исходная черная дыра, действующая как гравитационная линза, и наблюдатель на Земле были точно на одной линии видения. Чтобы максимизировать шансы на регистрацию событий, ученые использовали цифровую камеру Hyper Suprime-Cam, установленную на телескопе Subaru на Гавайях, которая может запечатлеть всю галактику Андромеды на одном снимке. Учитывая, как быстро оригинальные черные дыры должны перемещаться в межзвездном пространстве, команда сделала много снимков, чтобы запечатлеть мерцание звезды, которое от нескольких минут до нескольких часов становится ярче благодаря гравитационному линзированию.
Команда исследовала данные о возможных событиях гравитационного линзирования на 190 последующих фотографиях Андромеды, сделанных в течение семи часов в одну из весенних ночей. Если темная материя состоит из исходных черных дыр данной массы, в этом случае светлее, чем Луна, ученые ожидали обнаружить около 1000 событий. Но после тщательного анализа они смогли идентифицировать только один случай. Результаты команды показали, что такие черные дыры могут составлять не более 0,1% от общей массы темной материи. Поэтому вряд ли теория окажется верной.
В настоящее время исследователи планируют дальнейшее развитие анализа галактики М31 Андромеды. Одна из новых теорий, которая должна быть исследована, состоит в том, чтобы определить, являются ли двойные системы черных дыр, обнаруженные LIGO, действительно первичными черными дырами.
Подробнее:
https://www.ipmu.jp/en/20190402-PrimordialBlackHole
https://arxiv.org/abs/1701.02151
Источник: Кавлинский физико-математический институт исследования Вселенной
