НЛО, Космос, Уфология

Темной материи запретили состоять из черных дыр с массой Луны

Туманность Андромеды в поле зрения прибора Hyper Suprime-Cam телескопа Subaru. Синие области не использовались при анализе, так как давали слишком большую засветку.

H. Niikura et al. / Nature Astronomy, 2019

Низкая вероятность линзирования звезд позволила установить самые строгие ограничения на долю первичных черных дыр с массами порядка лунной. Результаты наблюдений десятков миллионов светил в Туманности Андромеды показывают, что доля таких тел в темной материи составляет не более процента.

Тем не менее, еще более легкие первичные черные дыры могут составлять существенную часть темной материи, их вклад пока не удалось ограничить. Описание эксперимента опубликовано в журнале Nature Astronomy.

Темной материей собирательно называют группу отдельных несостыковок современной теоретической астрофизики с наблюдениями. Например, теория предсказывает спадание скорости обращения звезд по мере удаления от центра галактик, но в большинстве случаев этого не наблюдается. Также темная материя должна отвечать за динамическую устойчивость скоплений галактик, параметры гравитационного линзирования, быстрый рост неоднородностей в ранней Вселенной, форму спектра мощности реликтового излучения и некоторые другие явления.

Природа темной материи остается предметом исследований, но большинство предложенных теорий рассматривают ее в виде новой субстанции, которая не взаимодействует посредством электромагнетизма и поэтому не может быть зафиксирована обычными телескопами. Тем не менее, в рамках этой концепции также существует огромное разнообразие вариантов. В частности, неизвестна масса частиц темной материи: высказанные гипотезы рассматривают любые возможности от сверхлегких частиц «размытой» темной материи до объектов с массами в десятки солнечных.

Большинство теорий с наиболее массивными «частицами» темной материи предлагают на их роль первичные черные дыры (ПЧД) — образовавшиеся в ранней Вселенной тела, не являющиеся продуктом эволюции звезд, что отличает их от обычных черных дыр. Идеи об их существовании были предложены еще в 1960-х, но с открытием гравитационных волн ПЧД стали намного популярнее, так как массы сливающихся объектов оказались достаточно велики, а сценарии звездной эволюции предсказывают в большинстве случаев более легкие тела. Существуют различные способы ограничить существование ПЧД. В частности, объекты легче 1015 грамм (10-18 масс Солнца) должны были испариться за счет излучения Хокинга за время существования Вселенной, а тяжелее 1035 грамм (100 масс Солнца) приводили бы к слишком сильному искажению реликтового излучения, чего не наблюдается в реальности.

В работе международного коллектива астрофизиков из Японии, США и Индии использован метод гравитационного микролинзирования для оценок количества ПЧД в гало Млечного Пути и Туманности Андромеды. Для этого ученые в течение семи часов подряд одновременно наблюдали несколько десятков миллионов звезд Туманности Андромеды при помощи 900-мегапиксельной камеры Hyper Suprime-Cam на телескопе Subaru с диаметром главного зеркала в 8,2 метра. Этот прибор обладает очень большим полем зрения в 1,5 градуса и позволяет сразу наблюдать практически всю ближайшую крупную галактику. Авторов данного исследования интересовали события микролинзирования, при которых массивный объект проходит близко к линии, соединяющей наблюдателя и звезду, из-за чего яркость последний на короткое время заметно изменяется.

Если бы ПЧД с массами, достаточными для оказания заметного гравитационного влияния на прохождение света, составляли заметную долю темной материи, то в результате подобного наблюдения ученые зафиксировали бы множество событий микролинзирования. Однако в реальности им удалось заметить только один подобный случай, что позволяет установить сильные ограничения на вклад ПЧД в массами от 10-11 до 10-6 солнечных (от 0,001 до 100 масс Луны): их доля составляет не более одного процента.

Единственная кривая блеска, которая хорошо описывается предположением о микролинзировании.

H. Niikura et al. / Nature Astronomy, 2019

Поделиться

Однако результаты данной работы не исключают возможности существенного вклада ПЧД в темную материю, вплоть до 100 процентов для достаточно узкого диапазона еще меньших масс. Также стоит ответить, что все реалистичные спектры масс черных дыр не монохроматичны, то есть предполагают существование объектов разных масс. Тем не менее, все они должны соответствовать строгим ограничениям данной работы. Также авторы отмечают, что наблюдения Туманности Андромеды являются наилучшим способом установления подобных ограничений. Наблюдения еще в течение 10 ночей позволят улучшить данные оценки еще в 10 раз, а даже кратковременные наблюдения в течение десяти минут раз в несколько месяцев на протяжении лет позволят ограничить ПБХ с массами до десятков солнечных.

Ограничения на долю в темной материи черных дыр различных масс. Красная область — результат данной работы. Чуть более легкие черные дыры по-прежнему могут отвечать за всю темную материю.

H. Niikura et al. / Nature Astronomy, 2019

Поделиться

О важности теории темной материи мы обсуждали с астрофизиков Андеем Дорошкевичем в материале «Невидимый цемент Вселенной». Даже если черные дыры сами не отвечают за темную материю, они все равно могут помочь ее найти. В частности, их гравитационное излучение может выдать ультралегкие частицы темной материи.Тимур Кешелава

источник

Реклама

Добавить комментарий

Заполните поля или щелкните по значку, чтобы оставить свой комментарий:

Логотип WordPress.com

Для комментария используется ваша учётная запись WordPress.com. Выход /  Изменить )

Google photo

Для комментария используется ваша учётная запись Google. Выход /  Изменить )

Фотография Twitter

Для комментария используется ваша учётная запись Twitter. Выход /  Изменить )

Фотография Facebook

Для комментария используется ваша учётная запись Facebook. Выход /  Изменить )

Connecting to %s