Астрофизики попытались оспорить объяснение темной материи через черные дыры
Поиски частиц темной материи, стоившие миллиарды долларов, кончились ничем, отчего уже несколько лет набирает популярность другая идея: «невидимую материю» составляют черные дыры. Однако авторы нового исследования отрицают такое объяснение, создавая массу новых вопросов.
Основная часть массы Вселенной состоит из невидимой темной материи. О ее существовании астрономы узнали, когда выяснили, что края галактических дисков повсеместно вращаются так же быстро, как их центральные области. С точки зрения гравитации это немыслимо - скажем, планеты Солнечной системы вращаются тем медленнее, чем они дальше от Солнца, - если только края галактических дисков не раскручивает какая-то огромная темная масса. В начале XXI века лидирующими кандидатами на ее роль были вимпы и другие гипотетические частицы.
Но наблюдения последних лет показывают, что темная материя не может состоять из частиц: в этом случае те неизбежно создавали бы трение при столкновении скоплений галактик, отчего скопления при столкновениях эффективно тормозились. На практике (например, в скоплении галактик Пуля) такого торможения не наблюдается. Наконец, не принесли никаких плодов и десятки лет поисков вимпов на самых разных ускорителях, включая БАК.
Поэтому появилось иное объяснение проблемы темной материи. Его сторонники предполагают, что она состоит из черных дыр, собранных в плотные шаровые скопления черных дыр, почти лишенные звезд. На это же указывают данные гравитационно-волновой обсерватории LIGO, с 2015 года обнаружившей волны от слияния как минимум 90 черных дыр умеренной массы. Десять слияний в год только в окрестностях Земли - очень большая величина, которую нельзя объяснить без высокой концентрации во Вселенной пока не найденных астрономами черных дыр.
В новой научной работе, вышедшей в журнале Nature, польские астрономы попытались оспорить идею о том, что темная материя состоит в основном из черных дыр. Исследование на том же материале практически одновременно опубликовали в The Astrophysical Journal Supplement Series.
Авторы новых работ использовали наблюдения за гравитационным микролинзированием. Так называют искажение фоновых объектов в момент прохождения между ними и Землей какого-то массивного объекта - например, черной дыры. Ученые учли данные наблюдений более чем 76 миллионов звезд галактики Большое Магелланово Облако (примерно 1% от всех ее звезд) за последние два десятка лет.
Затем исследователи рассчитали, сколько микролинзирующих событий астрономы наблюдали бы в случае равномерного распределения черных дыр разных масс за границами диска нашей Галактики. Получилось, что если 100% темной материи состоит из черных дыр в 10 масс Солнца, то микролинзирующих событий в их наблюдениях должно быть 258. А если из ЧД в 100 масс Солнца, то «микролинз» нашли бы 99.
Однако на практике автоматизированный и ручной поиск дали всего 13 микролинзирующих событий, меньше одного на пять миллионов отслеживаемых звезд. Это не просто очень малое событие, но и в теории вполне объяснимое обычными звездами Млечного Пути и Большого Магелланова Облака.
Слева: ожидаемое число случаев микролинзирования звезд Большого Магелланова Облака. Справа: реально наблюдавшееся в проекте OGLE.
В связи с этим исследователи постулируют, что массивные ЧД (под такими понимают ЧД в 10 масс Солнца и более) могут составлять не более нескольких процентов от всей массы темной материи во Вселенной. Даже если посчитать черные дыры с массой до 860 солнечных, они могут дать не более 10% темной материи. Да и более крупные ЧД вовсе не могут претендовать на эту роль.
К сожалению, авторы ограничились разбором черных дыр, равномерно распределенных в окрестностях галактик, - гипотезы, возникшей десятки лет назад и уже приличной устаревшей. При этом ученые не затронули весьма популярную группу теорий, о которой говорится выше: что черная материя состоит из плотных шаровых скоплений черных дыр.
В таком случае количество микролинзирующих событий должно быть довольно малым. Если одно такое скопление состоит из тысячи и десятков тысяч ЧД, то «микролинз» в исследованной астрономами выборке может быть всего несколько.
Между тем ранее в 2024 году уже сообщалось об открытии шарового скопления, почти лишенного звезд, но довольно массивного. Речь идет о Большой Медведице III - скоплении из 60 звезд, суммарной массой в 16 солнечных. Его общая масса не ниже 74 000 солнечных, что явно указывает на доминирование темной материи в составе. Поскольку астрономы-наблюдатели, как правило, не в курсе последних теорий о природе темной материи, они классифицировали этот объект как «карликовую галактику», ведь у обычных шаровых скоплений гало из темной материи, в рамках гипотезы вимпов, существовать не может.
Автор: Александр Березин
Ссылка на источник
Основная часть массы Вселенной состоит из невидимой темной материи. О ее существовании астрономы узнали, когда выяснили, что края галактических дисков повсеместно вращаются так же быстро, как их центральные области. С точки зрения гравитации это немыслимо - скажем, планеты Солнечной системы вращаются тем медленнее, чем они дальше от Солнца, - если только края галактических дисков не раскручивает какая-то огромная темная масса. В начале XXI века лидирующими кандидатами на ее роль были вимпы и другие гипотетические частицы.
Но наблюдения последних лет показывают, что темная материя не может состоять из частиц: в этом случае те неизбежно создавали бы трение при столкновении скоплений галактик, отчего скопления при столкновениях эффективно тормозились. На практике (например, в скоплении галактик Пуля) такого торможения не наблюдается. Наконец, не принесли никаких плодов и десятки лет поисков вимпов на самых разных ускорителях, включая БАК.
Поэтому появилось иное объяснение проблемы темной материи. Его сторонники предполагают, что она состоит из черных дыр, собранных в плотные шаровые скопления черных дыр, почти лишенные звезд. На это же указывают данные гравитационно-волновой обсерватории LIGO, с 2015 года обнаружившей волны от слияния как минимум 90 черных дыр умеренной массы. Десять слияний в год только в окрестностях Земли - очень большая величина, которую нельзя объяснить без высокой концентрации во Вселенной пока не найденных астрономами черных дыр.
В новой научной работе, вышедшей в журнале Nature, польские астрономы попытались оспорить идею о том, что темная материя состоит в основном из черных дыр. Исследование на том же материале практически одновременно опубликовали в The Astrophysical Journal Supplement Series.
Авторы новых работ использовали наблюдения за гравитационным микролинзированием. Так называют искажение фоновых объектов в момент прохождения между ними и Землей какого-то массивного объекта - например, черной дыры. Ученые учли данные наблюдений более чем 76 миллионов звезд галактики Большое Магелланово Облако (примерно 1% от всех ее звезд) за последние два десятка лет.
Затем исследователи рассчитали, сколько микролинзирующих событий астрономы наблюдали бы в случае равномерного распределения черных дыр разных масс за границами диска нашей Галактики. Получилось, что если 100% темной материи состоит из черных дыр в 10 масс Солнца, то микролинзирующих событий в их наблюдениях должно быть 258. А если из ЧД в 100 масс Солнца, то «микролинз» нашли бы 99.
Однако на практике автоматизированный и ручной поиск дали всего 13 микролинзирующих событий, меньше одного на пять миллионов отслеживаемых звезд. Это не просто очень малое событие, но и в теории вполне объяснимое обычными звездами Млечного Пути и Большого Магелланова Облака.
Слева: ожидаемое число случаев микролинзирования звезд Большого Магелланова Облака. Справа: реально наблюдавшееся в проекте OGLE.
В связи с этим исследователи постулируют, что массивные ЧД (под такими понимают ЧД в 10 масс Солнца и более) могут составлять не более нескольких процентов от всей массы темной материи во Вселенной. Даже если посчитать черные дыры с массой до 860 солнечных, они могут дать не более 10% темной материи. Да и более крупные ЧД вовсе не могут претендовать на эту роль.
К сожалению, авторы ограничились разбором черных дыр, равномерно распределенных в окрестностях галактик, - гипотезы, возникшей десятки лет назад и уже приличной устаревшей. При этом ученые не затронули весьма популярную группу теорий, о которой говорится выше: что черная материя состоит из плотных шаровых скоплений черных дыр.
В таком случае количество микролинзирующих событий должно быть довольно малым. Если одно такое скопление состоит из тысячи и десятков тысяч ЧД, то «микролинз» в исследованной астрономами выборке может быть всего несколько.
Между тем ранее в 2024 году уже сообщалось об открытии шарового скопления, почти лишенного звезд, но довольно массивного. Речь идет о Большой Медведице III - скоплении из 60 звезд, суммарной массой в 16 солнечных. Его общая масса не ниже 74 000 солнечных, что явно указывает на доминирование темной материи в составе. Поскольку астрономы-наблюдатели, как правило, не в курсе последних теорий о природе темной материи, они классифицировали этот объект как «карликовую галактику», ведь у обычных шаровых скоплений гало из темной материи, в рамках гипотезы вимпов, существовать не может.
Автор: Александр Березин
Ссылка на источник