Дали тъмната материя е направена от черни дупки?

Художествена концепция за първични черни дупки, чрез НАСА.

Концепцията на художника за първичните черни дупки, чрезНАСА.


Съвременните астрономи вярват, че значителна част от нашата вселена съществува под формата на тъмна материя. Подобно на цялата материя, тъмната материя изглежда притежава гравитационно привличане, но не може да се види. Ако съществува, той не излъчва нито светлина, нито друга форма на радиация, която учените са открили. Учените предпочитат използването на теоретични моделиекзотични масивни частициза обяснение на тъмната материя, но засега няма наблюдателни доказателства, че това е така. На 24 май 2016 г. НАСА обяви ново проучване, подкрепящо идеята за алтернативна хипотеза: тъмната материя може да бъде направена от черни дупки.

Александър Кашлински, астрофизик от НАСА Годард, ръководи новото проучване, коетотой казае:


... усилие да се съберат широк набор от идеи и наблюдения, за да се провери колко добре се вписват, а пригодността е изненадващо добра. Ако това е правилно, тогава всички галактики, включително нашата, са вградени в огромна сфера от черни дупки, всяка около 30 пъти масата на Слънцето.

Има няколко начина за образуване на черни дупки, но всички те включват висока плътност на материята. Черните дупки от изследването на Кашлински се наричатпървични дупки на гърба, за които се смята, че са се образували през първата част от секундата след Големия взрив, когато налягането и температурите бяха изключително високи. През това време малките колебания в плътността на материята може да са зацапали ранната вселена с черни дупки и ако е така, с разширяването на Вселената, тези първични черни дупки биха останали стабилни, съществувайки до нашето време.

В новата си статия Кашлински посочва две основни доказателства, че тези черни дупки могат да обяснят липсващата тъмна материя, за която се смята, че прониква в нашата вселена. Неговатаизявлениеобяснява, че тази идея:

... съвпада с нашите познания за космическите инфрачервени и рентгенови светлинни фона и може да обясни неочаквано големите маси от сливане на черни дупки, открити миналата година [от LIGO].




Вляво: Това изображение от космическия телескоп Spitzer на НАСА показва инфрачервен изглед на небесна зона в съзвездието Голяма мечка. Вдясно: След като маскирате всички известни звезди, галактики и артефакти и засилите това, което е останало, се появява неравномерно фоново сияние. Това е космическият инфрачервен фон (CIB); по -светлите цветове показват по -светли области. Изображение чрез NASA/JPL-Caltech/A. Кашлински (Годард)

Вляво: Това изображение от космическия телескоп Spitzer на НАСА показва инфрачервен изглед на небесна зона в съзвездието Голяма мечка. Вдясно: След маскиране на всички известни звезди, галактики и артефакти и подобряване на това, което е останало, се появява неправилно фоново сияние. Това е космическият инфрачервен фон (CIB); по -светлите цветове показват по -светли области. Изображение чрезНАСА/JPL-Caltech/A. Кашлински (Годард)

Първият доказателствен ред епрекомерна петнав наблюдаваното фоново сияние на инфрачервена светлина.

През 2005 г. Кашлински ръководи екип от астрономи, използващи НАСАКосмическият телескоп Спицерза да изследвате този инфрачервен блясък на фона в една част от небето. Неговият екип заключава, че наблюдаваното петно ​​вероятно е причинено от съвкупната светлина на първите източници, осветяващи Вселената преди повече от 13 милиарда години. Тогава въпросът става ... какви бяха тези първи източници? Дали сред тях имаше първични черни дупки?

Последващи проучванияпотвърденоче този космически инфрачервен фон (CIB) показа подобна неочаквана петна в други части на небето. След това през 2013 г. проучване сравнява каккосмически рентгенов фонв сравнение с инфрачервения фон в същата област на небето. В изявлението на Кашлинкси се казва:


... неравномерното сияние на нискоенергийни рентгенови лъчи в [космическия рентгенов фон] съвпада доста добре с неравностите на [инфрачервения фон]. Единственият обект, за който знаем, че може да бъде достатъчно светещ в този широк енергиен диапазон, е черна дупка.

Изследването от 2013 г. заключава, че първичните черни дупки трябва да са били в изобилие сред най -ранните звезди, съставлявайки поне около един от всеки пет източника, допринасящи за космическия инфрачервен фон.

Сега преминете напред към 14 септември 2015 г. и втория ред доказателства на Кашлински, че първичните черни дупки образуват тъмна материя. Тази дата-отбелязана сега в историята на науката-е когато учените от съоръженията за лазерна интерферометрова гравитационно-вълнова обсерватория (LIGO) в Ханфорд, Вашингтон и Ливингстън, Луизиана, направиха за първи път изключително вълнуващооткриване на гравитационни вълни. Смята се, че двойка сливащи се черни дупки на разстояние 1,3 милиарда светлинни години са произвели вълните, открити от LIGO миналия 14 септември. Вълните са вълнички в тъканта на пространството-време, движещи се със светлинна скорост.

Освен че е първото откриване на гравитационни вълни и приема, че събитието LIGO е интерпретирано правилно, това събитие бележи и първото директно откриване на черни дупки. Като такъв, той даде на учените информация за масите на отделните черни дупки, които са 29 и 36 пъти масата на слънцето, плюс или минус около четири слънчеви маси.


В новото си изследване Кашлински посочва, че това се смята за приблизителната маса на първичните черни дупки. Всъщност той предполага, че това, което LIGO може да е открило, е сливане на първични черни дупки.

Първичните черни дупки, ако съществуват, биха могли да бъдат подобни на сливащите се черни дупки, открити от екипа на LIGO през 2015 г. Тази компютърна симулация показва в забавено движение как би изглеждало това сливане отблизо. Пръстенът около черните дупки, наречен пръстен на Айнщайн, възниква от всички звезди в малка област директно зад дупките, чиято светлина се изкривява от гравитационните лещи. Гравитационните вълни, открити от LIGO, не са показани в това видео, въпреки че техните ефекти могат да се видят в пръстена на Айнщайн. Гравитационните вълни, излизащи зад черните дупки, нарушават звездните изображения, съдържащи пръстена на Айнщайн, карайки ги да се разпръскват около пръстена дори дълго след приключване на сливането. Гравитационните вълни, движещи се в други посоки, причиняват по-слабо, по-краткотрайно пляскане навсякъде извън пръстена на Айнщайн. Ако се възпроизведе в реално време, филмът ще продължи около една трета от секундата. Изображение чрез SXS обектив.

В новия си доклад, публикуван на 24 май 2016 г.The Astrophysical Journal Letters, Кашлински анализира какво би могло да се случи, ако тъмната материя се състои от популация от черни дупки, подобни на тези, открити от LIGO. Изявлението му завършва:

Черните дупки изкривяват разпределението на масата в ранната Вселена, добавяйки малко колебание, което има последици стотици милиони години по -късно, когато започват да се формират първите звезди.

През по -голямата част от първите 500 милиона години на Вселената нормалната материя остава твърде гореща, за да се слее в първите звезди. Тъмната материя не е засегната от високата температура, защото независимо от нейната природа, тя взаимодейства предимно чрез гравитацията. Агрегирайки се чрез взаимно привличане, тъмната материя първо се срина в бучки, наречени минихало, които осигуриха гравитационно семе, което позволява на нормалната материя да се натрупва. Горещият газ се срутва към минихаловете, което води до достатъчно плътни газове, за да се срутят допълнително сами в първите звезди. [Нашият екип] показва, че ако черните дупки играят ролята на тъмната материя, този процес протича по -бързо и лесно създава бучки на [инфрачервения фон], открит в данните на Spitzer, дори ако само малка част от минихаловете успяват да произведат звезди.

Тъй като космическият газ попада в минихаловете, съставните им черни дупки естествено също биха уловили част от него. Материята, падаща към черна дупка, се нагрява и в крайна сметка произвежда рентгенови лъчи. Заедно инфрачервената светлина от първите звезди и рентгеновите лъчи от газ, попадащ в черните дупки на тъмната материя, могат да обяснят наблюдаваното съгласие между неравномерността на [инфрачервения фон] и [космическия рентгенов фон].

Понякога някои първични черни дупки ще преминават достатъчно близо, за да бъдат гравитационно уловени в двоични системи. Черните дупки във всяка от тези двоични файлове, в продължение на еони, ще излъчват гравитационно излъчване, ще загубят орбитална енергия и ще се превърнат в спирала навътре, в крайна сметка ще се слеят в по -голяма черна дупка, подобно на събитието, наблюдавано от LIGO.

Прочетете повече за новото изследване на Кашлински от НАСА

Харесва ли ви ForVM? Регистрирайте се за нашия безплатен ежедневен бюлетин днес!

В крайна сметка: На 24 май 2016 г. НАСА обяви ново проучване на Александър Кашлински, астрофизик от НАСА Годард, затвърждавайки идеята, че тъмната материя е направена от черни дупки.