Nowe spojrzenie na naturę ciemnej materii

Natura ciemnej materii tworzącej nawet 80% masy Wszechświata wciąż jest jedną z największych nierozwikłanych zagadek współczesnej nauki. Brak eksperymentalnych dowodów, które pozwoliłyby nam zidentyfikować ją jako jedną czy drugą nową cząstkę elementarną przewidywaną przez teoretyków, oraz odkrycie fal grawitacyjnych wyemitowanych w momencie połączenia dwóch czarnych dziur za pomocą LIGO (Laser Interferometer Gravitational Wave Observatory) sprawiły, że powróciło zainteresowanie pytaniem czy ciemna materia w rzeczywistości nie jest zbudowana z pierwotnych czarnych dziur o masie między 10 a 1000 mas Słońca.

Pierwotne czarne dziury, które miałyby powstawać w fluktuacjach gęstości materii w pierwszych momentach istnienia Wszechświata same w sobie są bardzo interesujące. W przeciwieństwie do czarnych dziur powstałych w eksplozjach gwiazd, których liczba i masy są ograniczone przez modele formowania i ewolucji gwiazd, pierwotne czarne dziury mogą charakteryzować się szeroką paletą mas i obfitości. Mogłyby one znajdować się w halo galaktycznych, a spotkanie między takimi obiektami o masie 30 mas Słońca każda i ich późniejsze połączenie mogłoby prowadzić do emisji fali grawitacyjnej takiej jak wykryta przez LIGO.

 

[AdSense-A]

Zjawisko mikrosoczewkowania

Jeżeli w halo galaktycznych znajdowałaby się spora liczba czarnych dziur, niektóre z nich przechwycały by promieniowanie docierające do nas od odległych kwazarów. Z uwagi na silne pole grawitacyjnej takiej czarnej dziury, ich grawitacja mogłaby skupiać promienie biegnące od źródła w kierunku Ziemi i powodować wzrost jasności takiego pulsara. Zjawisko to – znane jako mikrosoczewkowanie grawitacyjne – jest tym wyraźniejsze im większa jest masa czarnej dziury, a prawdopodobieństwo wykrycia takiego zjawiska byłoby tym większe im większa byłaby liczba czarnych dziur w halo galaktycznym. Dlatego też, choć czarne dziury same w sobie nie mogą być obserwowane bezpośrednio, to można byłoby je wykryć pośrednio poprzez wzrosty jasności obserwowanych kwazarów.

Opierając się na powyższych założeniach, grupa naukowców wykorzystała zjawisko mikrosoczewkowania kwazarów do oszacowania liczby pierwotnych czarnych dziur o masie pośredniej. Badania prowadzone przez Evencio Mediavilla Gradolpha z Instituto de Astrofisica de Canarias (IAC) oraz University of La Laguna (ULL) wykazały, że normalne gwiazdy takie jak Słońce powodują zjawisko mikrosoczewkowania, tym samym wykluczając obecność dużej populacji pierwotnych czarnych dziur o masie pośredniej.

 

[AdSense-B]

 

Symulacje komputerowe

Wykorzystując symulacje komputerowe naukowcy porównywali wzrosty jasności 24 kwazarów w zakresie optycznym i rentgenowskim o wartości przewidywane przez zjawisko mikrosoczewkowania. Naukowcy odkryli, że intensywność zjawiska jest stosunkowo niska – taka jak może być wywołana przez obiekty o masie 0,05 a 0,45 masy Słońca – znacznie niższej od masy czarnej dziury o masie pośredniej. Dodatkowo oszacowano, że owe mikrosoczewki stanowią około 20% całkowitej masy galaktyki co jest równe masie, którą przypisuje się gwiazdom tworzącym galaktykę. Wyniki zatem wskazują, z dużym prawdopodobieństwem, że to normalne gwiazdy, a nie pierwotne czarne dziury o masie pośredniej, odpowiedzialne są za obserwowane zjawiska mikrosoczewkowania.

Nasze badania wskazują- mówi Evencio Mediavilla – że mało prawdopodobne jest, aby to czarne dziury o masie 10-100 mas Słońca stanowiły znaczącą część ciemnej materii.  Dlatego też czarne dziury, których połączenie wykryte zostało przez LIGO prawdopodobnie powstały z kolapsu gwiazd, a nie były pierwotnymi czarnymi dziurami.

Źródło: IAC

Komentarze

comments