Ciemna materia nie składa się z małych pierwotnych czarnych dziur

Międzynarodowy zespół naukowców przetestował teorię spekulowaną przez Stephena Hawkinga, a wyniki wykluczają możliwość, że pierwotne czarne dziury, mniejsze niż 1/10 mm, tworzą większość ciemnej materii.

Naukowcy wiedzą, że 85% materii we Wszechświecie składa się z ciemnej materii. Jej grawitacja zapobiega rozpadowi gwiazd w Drodze Mlecznej. Jednak próby wykrycia takich cząstek ciemnej materii za pomocą akceleratorów cząstek, w tym największego na świecie – Wielkiego Zderzacza Hadronów – do tej pory zawodzą.

Doprowadziło to naukowców do rozważenia teorii Hawkinga z 1974 r. o istnieniu pierwotnych czarnych dziur, urodzonych wkrótce po Wielkim Wybuchu, i jego spekulacji, że mogą one stanowić dużą część nieuchwytnej ciemnej materii, którą naukowcy próbują dzisiaj odkryć.

Międzynarodowy zespół badaczy zastosował efekt soczewkowania grawitacyjnego do szukania pierwotnych czarnych dziur między Ziemią a galaktyką Andromedy. Soczewkowanie grawitacyjne, efekt zaproponowany po raz pierwszy przez Einsteina, przejawia się jako uginanie promieni świetlnych pochodzących z odległego obiektu, takiego jak gwiazda, wywołane grawitacją masywnego obiektu, takiego jak czarna dziura, znajdującego się na linii pola widzenia obserwatora. W skrajnych przypadkach takie lekkie uginanie powoduje, że gwiazda tła wydaje się znacznie jaśniejsza, niż jest w rzeczywistości.

Efekty soczewkowania grawitacyjnego są jednak bardzo rzadkimi zjawiskami, ponieważ wymagają, aby gwiazdy w galaktyce Andromedy, pierwotna czarna dziura działająca jako soczewka grawitacyjna i obserwator na Ziemi znajdowały się dokładnie w jednej linii pola widzenia. Aby zmaksymalizować szanse na rejestrację zdarzenia, naukowcy wykorzystali aparat cyfrowy Hyper Suprime-Cam zamontowany na teleskopie Subaru na Hawajach, który może uchwycić całą galaktykę Andromedy na jednym zdjęciu. Biorąc pod uwagę, jak szybko pierwotne czarne dziury powinny poruszać się w przestrzeni międzygwiazdowej, zespół wziął wiele obrazów, aby móc uchwycić migotanie gwiazdy, która rozjaśnia się przez okres od kilku minut do godzin dzięki soczewkowaniu grawitacyjnemu.

Zespół przeszukał dane pod kątem potencjalnych zdarzeń soczewkowania grawitacyjnego na 190 kolejnych zdjęciach Andromedy wykonanych w ciągu siedmiu godzin jednej pogodnej nocy. Jeżeli ciemna materia składa się z pierwotnych czarnych dziur o danej masie, w tym przypadku lżejszej od Księżyca, naukowcy spodziewali się wykryć ok. 1000 zdarzeń. Ale po dokładnych analizach mogli zidentyfikować tylko jeden przypadek. Wyniki zespołu pokazały, że pierwotne czarne dziury mogą stanowić nie więcej niż 0,1% całej masy ciemnej materii. Dlatego jest mało prawdopodobne, aby teoria była prawdziwa.

Naukowcy planują teraz dalszy rozwój analizy Andromedy. Jedną z nowych teorii, którą będą badać, jest ustalenie, czy układy podwójne czarnych dziur odkryte przez LIGO są w rzeczywistości pierwotnymi czarnymi dziurami.

Opracowanie:
Agnieszka Nowak

Źródło:
Kavli IPMU

Dodaj komentarz

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.