Астрофизик NASA предположил связь между примордиальными черными дырами и темной материей

Темная материя состоит из черных дыр, образовавшихся в первые доли секунды существования нашей Вселенной.

Темная материя является загадочной субстанцией, составляющей большую часть материальной Вселенной. Среди научного сообщества распространено мнение, что она состоит из экзотических массивных частиц. Есть и альтернативная гипотеза, которая предполагает, что темная материя состоит из черных дыр, образовавшихся в первые доли секунды существования нашей Вселенной. В новом исследовании Александра Кашлинского, астрофизика из Центра космических полетов им. Годдарада, сообщается, что идея примордиальных черных дыр согласуется с нашими знаниями о космическом инфракрасном и рентгеновском фоне и может объяснить неожиданно большие массы сливающихся черных дыр, обнаруженных LIGO в 2015 году.

«Это исследование является попыткой свести воедино широкий набор идей и наблюдений, чтобы проверить, насколько они совместимы. Оказалось, на удивление хорошо. Если это так, то все галактики, включая Млечный путь, встроены в обширные черные дыры, превосходящие Солнце по массе примерно в 30 раз», – пояснил Александр Кашлинский.

В 2005 году Александр Кашлинский руководил командой астрономов, изучающей фоновое инфракрасное свечение одной из частей неба с помощью космического рентгеновского телескопа NASA «Spitzer». Исследователи сделали вывод, что чрезмерная мозаичность в лучах, вероятно, вызвана совокупным светом от первых источников во Вселенной. Последующие наблюдения подтвердили, что этот космический инфракрасный фон показывает подобные неожиданные структуры и в других частях неба.

В 2013 году еще одно исследование проверило, как космический рентгеновский фон, обнаруженный «Chandra», сопоставим с фоновым инфракрасным свечением в той же области неба. Первые звезды испускают главным образом оптический и ультрафиолетовый свет, который сегодня раскинулся в инфракрасном диапазоне за счет расширения пространства, поэтому они не должны существенно повлиять на космический рентгеновский фон.

Однако, неравномерное свечение низкоэнергетических рентгеновских лучей в космическом рентгеновском фоне довольно хорошо совпадает с фоновым инфракрасным свечением. Единственный известный космический объект, светящий через такой широкий энергетический спектр, представляет собой черную дыру. Исследователи пришли к выводу, что первичные черные дыры должны были быть распространены среди первых звезд и составляют по крайней мере один из пяти источников фонового инфракрасного свечения.

Природа темной материи остается одной из самых важных нерешенных вопросов в астрофизике. В настоящее время ученые строят теоретические модели, которые пытаются объяснить загадочную субстанцию в качестве экзотических частиц, но до сих пор поиски не увенчались успехом.

«Эти исследования медленно сжимают рамки параметров частиц, которые может скрывать темная материя. Неспособность найти их привела к возобновлению интереса к изучению примордиальных черных дыр», – сказал Александр Кашлинский.

Физики определили несколько сценариев, в которых горячая, стремительно расширяющаяся Вселенная смогла произвести примордиальные черные дыры в первые тысячные доли секунды после Большого взрыва.

14 сентября 2015 года гравитационные волны, производимые слиянием пары черных дыр на расстоянии 1,3 миллиарда световых лет от Земли, были зафиксированы LIGO. Это событие ознаменовало первую в истории фиксацию гравитационных волн, а также перовое прямое обнаружение черных дыр. Ученые сообщили, что масса черных дыр была 29 и 36 масс Солнца. Эти значения являются неожиданно большими и удивительно похожими.

«В зависимости от механизмов в ранней Вселенной, примордиальные черные дыры могут иметь свойства похожие на те, что обнаружил LIGO. Если считать, что обсерватория поймала слияние черных дыр, образовавшихся в первые доли секунды после Большого взрыва, это может повлиять на наше представление о космосе и его эволюции», – добавил автор исследования.

В своем новом исследовании, опубликованном 24 мая 2016 года в Astrophysical Journal Letters, Александр Кашлинский анализирует, что бы произошло, если темная материя состояла из черных дыр, похожих на те, что обнаружил LIGO. Черные дыры искажали бы распределение масс в ранней Вселенной, добавляя небольшое колебание, которое имело бы последствия и миллионы лет спустя, когда начали формироваться первые звезды.

На протяжении 500 миллионов лет после Большого взрыва, нормальная материя оставалась слишком горячей, чтобы сливаться в звезды. Темная материя не могла быть затронута высокой температурой, так как в первую очередь она взаимодействует через гравитацию. Агрегируя посредством взаимного притяжения, темная материя первой коллапсировала в группы, называемые минигало, которые обеспечили гравитационное семя для аккумуляции нормальной материи. Горячий газ направился в сторону минигало, в результате чего, достигнув в этих карманах определенной плотности, дал жизнь первым звездам. Александр Кашлинский показал, что, если черные дыры играли роль темной материи, это процесс происходил более стремительно и легко создавал неоднородность в фоновом инфракрасном свечении, обнаруженном «Spitzer». Когда космический газ падал в минигало, составляющие их черные дыры естественно захватывали его часть. Материя, падая в сторону черной дыры, нагревалась и в конечном счете производила рентгеновские лучи. Вместе инфракрасный свет от первых звезд и рентгеновские лучи от падающего газа в черные дыры темной материи поддерживают схожесть мозаики космического рентгеновского фона и фонового инфракрасного свечения.

«Будущие наблюдения LIGO расскажут нам гораздо больше о населенности Вселенной черными дырами. Эти наблюдения покажут правоту или ошибочность моего сценария», – заключил Александр Кашлинский.

Арина Васильева
Редактор-переводчик
Комментарии
Получено доказательство существования стратосферы у экзопланеты WASP-121b
Шаровое скопление NGC 362 оказалось на удивление молодым
«Hubble» уловил световое эхо от вспышки сверхновой
Читайте и распечатывайте последние новости астрономии, космоса и космонавтики на сайте http://in-space.ru
Наверх