Погана новина для теорії темної матерії: фізики зробили нове відкриття в Чумацькому Шляху

Автори дослідження, представленого в журналі Nature, виявили, що незвично масивні чорні діри, схоже, відсутні в зовнішньому гало Чумацького Шляху. Це відкриття стає поганою новиною для теорії темної матерії, яка припускає, що ця невидима речовина складається з первинних чорних дір, створених у перші секунди після Великого вибуху, пише Space.

У Фокус. Технології з'явився свій Telegram-канал. Підписуйтесь, щоб не пропускати найсвіжіші та найзахопливіші новини зі світу науки!

Попри те, що темна матерія невидима, адже не взаємодіє зі світлом, астрофізики вважають, що вона становить приблизно 86% усієї матерії у Всесвіті. Про те, що темна матерія існує, вчені знають завдяки її гравітаційному впливу на звичайну матерію. Але досі незрозуміло з чого вона складається.

Нове дослідження не тільки ставить під сумнів теорію, що темна матерія складається з первинних чорних дір, а й поглиблює загадку, чому чорні діри зоряної маси, виявлені в зовнішньому гало Чумацького Шляху, здаються масивнішими за ті, що знаходяться в межах нашої галактики.

Первинні чорні діри

Раніше вчені виявили завдяки гравітаційним хвилям популяцію незвично масивних чорних дір зоряної маси. Вважалося, що в нашій галактиці такі чорні діри, народжені внаслідок смерті зірок, мають масу від 5 до 20 мас Сонця. Але виявилося, що існують чорні діри зоряної маси, які мають у масу в 20-100 разів більшу, ніж у Сонця. Чому існує така різниця — це одна з найбільших загадок.

Одне з пояснень істотніше за такі великі чорні діри полягає в тому, що вони є первинними чорними дірами і були створені в результаті стиснення під впливом гравітації грудок первинного газу незабаром після Великого вибуху. Але досі ніхто не бачив первинні чорні діри, хоча вважається, що вони існують. І деякі астрофізики припустили, що саме вони складають темну матерію.

За оцінками, темна матерія становить від 90% до 95% маси Чумацького Шляху. Це означає, що якщо темна матерія складається з первинних чорних дір, наша галактика повинна містити багато таких об'єктів.

Як побачити чорну діру?

Чорні діри можна побачити завдяки їхньому гравітаційному впливу на навколишній космос. Тому автори дослідження для пошуку первинних чорних дір у Чумацькому Шляху вирішили використати метод гравітаційного лінзування.

Згідно із загальною теорією відносності Ейнштейна, всі об'єкти з масою викривляють тканину простору-часу. А гравітація є результатом цього викривлення. Що більша маса об'єкта, то більше викривлення він створює і має більшу гравітацію. Також масивні об'єкти викривляють і посилюють світло, що виходить від більш далеких об'єктів і діють як гравітаційна лінза. Не дуже сильний приклад гравітаційного лінзування називається мікролінзуванням.

Тому, якщо первинна чорна діра в Чумацькому Шляху пройде між Землею і зіркою, що розташована далі, то можна побачити ефекти мікролінзування на цій зірці протягом короткого періоду часу. Чим більшу масу має об'єкт-лінза, тим довше відбувається мікролінзування.

Істина десь там

За словами вчених, якби вся темна матерія Чумацького Шляху складалася з чорних дір масою в 10 мас Сонця, то вдалося б виявити 258 подій мікролінзування. Якби вони мали масу в 100 разів більшу, ніж у Сонця, то виявити вдалося б 99 подій мікролінзування. А для чорних дір із масою 1000 Сонць — 27 подій мікролінзування.

Але фізики виявили всього 12 подій мікролінзування. Подальший аналіз показав, що всі ці події можна пояснити відомими зірками Чумацького Шляху. Також автори виявили, що чорні діри з масою 10 Сонць можуть становити не більш як 1,2% темної матерії, чорні діри з масою 100 Сонць — не більш як 3% темної матерії, а чорні діри з масою 1000 Сонць — лише 11 % темної матерії. Тобто масивні чорні діри можуть становити максимум кілька відсотків темної матерії.

Учені дійшли висновку, що первинні чорні діри не можуть становити значну частину темної матерії. Тому потрібно знову пояснити спостереження надмірно масивних чорних дір зоряної маси в зовнішній частині Чумацького Шляху. А природа темної матері знову залишається також незрозумілою.

Фокус уже писав, що чорні діри поводяться дивовижним чином у Всесвіті, що розширюється, як з'ясували вчені. Автори дослідження вважають, що єдиною енергією на горизонті подій чорної діри є темна енергія. При цьому самі чорні діри є проходом в інший Всесвіт.