2016 m. Vasario mėn. Lazerinių interferometrų gravitacinių bangų observatorijoje (LIGO) dirbantys mokslininkai padarė istoriją, kai paskelbė pirmą kartą aptikę gravitacines bangas. Nuo to laiko įvyko daugybė aptikimų, o mokslinis observatorijų, tokių kaip Advanced LIGO ir Advanced Virgo, bendradarbiavimas leidžia pasiekti precedento neturintį jautrumo ir dalijimosi duomenimis lygį.
Šis įvykis ne tik patvirtino šimtmečio senumo numatytą Einšteino bendrojo reliatyvumo teoriją, bet ir paskatino astronomijos revoliuciją. Tai taip pat sukėlė kai kurių mokslininkų, kurie tikėjo, kad juodosios skylės gali lemti Visatos „trūkstamą masę“, viltis. Deja, naujas UC Berkeley fizikų komandos tyrimas parodė, kad juodosios skylės nėra ilgai ieškotas „Dark Matter“ šaltinis.
Jų tyrimas „Žvaigždžių masės kompaktiškų objektų, kaip tamsiosios medžiagos, susijusios su Ia tipo supernovų gravitaciniu objektyvu, ribos“ neseniai pasirodė Fizinės apžvalgos raštai. Tyrimui vadovavo Migelis Zumalacarregu, „Marie Curie“ globalus bendradarbis Berklio kosmologinės fizikos centre (BCCP), palaikant Uros Seljak - kosmologijos profesoriui ir BCCP bendram direktoriui.
Paprasčiau tariant, „Dark Matter“ išlieka viena sunkiausių ir varginančių paslapčių, su kuria šiandien susiduria astronomai. Nepaisant to, kad tai sudaro 84,5% visatos materijos, visi bandymai ją atrasti iki šiol žlugo. Pasiūlyta daugybė kandidatų, pradedant ypač lengvomis dalelėmis (ašimis) ir baigiant silpnai sąveikaujančiomis masyviosiomis dalelėmis (WIMPS) ir masiškai kompaktiškais halo objektais (MACHO).
Tačiau šių kandidatų masė svyruoja 90 laipsnių tvarka, kurį keli teoretikai bandė išspręsti siūlydami, kad tam tikrų medžiagų gali būti įvairių rūšių. Tačiau tam prireiktų skirtingų jų kilmės paaiškinimų, o tai tik dar labiau apsunkintų kosmologinius modelius. Kaip naujausiame „UC Berkeley“ pranešime spaudai paaiškino Miguelis Zumalacárregui:
Aš įsivaizduoju, kad tai yra dviejų rūšių juodosios skylės, labai sunkios ir labai lengvos, arba juodosios skylės ir naujos dalelės. Bet tokiu atveju vienas iš komponentų yra pagal dydį sunkesnis už kitą, ir jo reikia gaminti palyginti daug. Mes pereisime nuo kažkokio astrofizinio prie to, kas iš tikrųjų mikroskopinė, galbūt net lengviausia Visatoje, ir tai bus labai sunku paaiškinti. “
Tyrimo tikslais komanda atliko statistinę 740 ryškiausių atrastų supernovų (nuo 2014 m.) Analizę, norėdama nustatyti, ar kuri nors iš jų nebuvo padidinta ar praskaidrinta dėl įsikišusios juodosios skylės. Šis reiškinys, kai didelio objekto gravitacinė jėga padidina iš tolimesnių objektų sklindančią šviesą, yra žinomas kaip „gravitacinis lęšis“.
Iš esmės, jei juodosios skylės būtų dominuojanti materijos forma Visatoje, tada dėl pirmykštės juodosios skylės gravitaciniu mastu padidintos supernovos atsirastų gana dažnai. Manoma, kad šios hipotetinės juodosios skylės formos susiformavo per keletą pirmųjų milisekundžių po didžiojo sprogimo Visatos dalyse, kur masė buvo sukoncentruota dešimtimis ar šimtais Saulės masių, todėl susidarė ankstyviausios juodosios skylės.
Šios juodosios skylės populiacija, taip pat bet kokie masyvūs kompaktiški objektai, gravitaciniu būdu sulenktų ir padidintų šviesą iš tolimų objektų pakeliui į Žemę. Tai ypač pasakytina apie tolimas Ia tipo supernovas, kurias astronomai dešimtmečiais naudojo kaip standartinį ryškumo šaltinį matuojant kosminius atstumus ir Visatos plėtimosi greitį.
Tačiau atlikusi sudėtingą statistinę duomenų apie 740 supernovų - 580 Sąjungoje ir 740 - ryškumo ir atstumo analizę bendrojo šviesos kreivės analizės (JLA) kataloguose, komanda padarė išvadą, kad aštuoni iš supernovų turėtų būti ryškesni. keliasdešimt procentų, nei buvo stebėta istoriškai. Tačiau tokio ryškėjimo nebuvo aptikta, net ir tada, kai vidinės pusės buvo juodos skylės.
„Negalite pamatyti šio poveikio vienai supernovai, tačiau sudėjus juos visus ir atlikus išsamią Bajeso analizę, jūs pradedate labai stipriai varžyti tamsiąją medžiagą, nes kiekviena supernova yra svarbi ir jūs jų turite tiek daug“, - sakė Zumalacárregui.
Remdamiesi savo analize, jie padarė išvadą, kad juodosios skylės gali sudaryti ne daugiau kaip apie 40% visatos tamsiosios medžiagos. Iš „Pantheon“ katalogo (ir didesniais atstumais) įtraukę 1048 ryškesnes supernovas, apribojimai tapo dar griežtesni. Turėdami šį antrąjį duomenų rinkinį, jie gavo dar mažesnę viršutinę ribą - 23% - nei jų pradinėje analizėje.
Šie rezultatai leidžia manyti, kad nė viena iš Visatos tamsiųjų medžiagų nėra sunkių juodųjų skylių ar panašių masyvių objektų, tokių kaip MACHO. „Grįžtame prie įprastų diskusijų“, - sakė Seljak. Kas yra tamsi materija? Iš tikrųjų mums trūksta gerų variantų. Tai iššūkis ateities kartoms. “
Šis tyrimas buvo pagrįstas ankstesniais tyrimais, kuriuos „Seljak“ atliko 1990 m. Pabaigoje, kai mokslininkai svarstė MACHO ir kitus masinius objektus kaip galimą tamsiosios medžiagos šaltinį. Tačiau tyrimas buvo ribotas dėl to, kad buvo aptiktas tik nedidelis skaičius tolimų Ia tipo supernovų ar jų atstumai tuo metu buvo matuojami.
Be to, netrukus „Dark Matter“ paieška perėjo nuo didelių objektų prie pagrindinių dalelių (tokių kaip WIMP). Dėl to ištirti tolesnių tyrimų planai neįvyko. Tačiau, LIGO stebint gravitacines bangas, vėl atsirado galimas juodųjų skylių ir tamsiosios medžiagos ryšys, kuris įkvėpė Seljaką ir Zumalacárregui atlikti jų analizę.
„Įdomu tai, kad juodosios skylės LIGO renginyje buvo ten, kur juodosios skylės dar nebuvo išskirtos kaip tamsiosios medžiagos“, - teigė Seljak. „Tai buvo įdomus sutapimas, kuris visus sujaudino. Bet tai buvo sutapimas. “
Tamsiosios medžiagos teorija buvo oficialiai patvirtinta aštuntajame dešimtmetyje, „auksiniame reliatyvumo amžiuje“, siekiant atsižvelgti į tariamą Visatos objektų masės ir jų pastebimo gravitacinio poveikio neatitikimus. Atrodo, kad po pusės amžiaus mes vis dar bandome susekti šią paslaptingą, nematomą masę. Bet kiekvienam tyrimui „Dark Matter“ taikomi papildomi apribojimai ir pašalinami galimi kandidatai.
Turėdami laiko, mes galime tiesiog atrakinti šią kosmologinę paslaptį ir būti vienu žingsniu arčiau supratimo, kaip Visata formavosi ir vystėsi.
