Темна матерія могла бути зроблена з чорних дір від самого початку існування часу

Аналіз бриж у просторі-часі дозволяє припустити, що таємнича субстанція складається з первісних чорних дір.

Про це пише видання “Live Science”.

Темна матерія, таємнича субстанція, яка здійснює гравітаційне тяжіння, але не випромінює світла, може дійсно складатися з величезних концентрацій стародавніх чорних дір, створених на самому початку Всесвіту, згідно з новим дослідженням.

Цей висновок випливає з аналізу гравітаційних хвиль або бриж у просторі-часі, спричинених двома далекими зіткненнями між чорними дірами та нейтронними зірками.

Брижі — позначені як GW190425 та GW190814 — були виявлені у 2019 році Лазерною інтерферометричною гравітаційно-хвильовою обсерваторією (LIGO) у Вашингтоні і Луїзіані, а також Інтерферометром Virgo поблизу Пізи в Італії. За попереднім аналізом припущено, що брижі виникли в результаті зіткнень між чорними дірами, які в 1,7 і 2,6 рази перевищують масу нашого Сонця, та або меншою нейтронною зіркою, або значно більшою чорною дірою.

Але у результаті виник би об'єкт у кожному зіткненні, який астрофізики називають чорною дірою сонячної маси, з масою, приблизно як у Сонця.

"Чорні діри сонячної маси досить загадкові, оскільки вони неочікувані від звичайної астрофізики, наприклад, від вибухів зірок або наднових, які здавлюють більші зірки в чорні діри", - розповів виданню Live Science провідний автор дослідження Володимир Тахістов з Каліфорнійського університету, Лос Анджелес.

Натомість у дослідженні, опублікованому 16 лютого в журналі Physical Review Letters, автори припускають, що ці чорні діри сонячної маси можуть бути "первісними" чорними дірами, створеними під час Великого вибуху. Або ж вони могли утворитися пізніше, коли нейтронні зірки трансмутувалися у чорні діри — або після поглинання первісних чорних дір, або після поглинання певних запропонованих типів темної матерії — таємничої матерії, яка здійснює гравітаційне тяжіння та не взаємодіє зі світлом, сказав Тахістов.

Первісні чорні діри

Первісні чорні діри, якщо вони існують, були створені у величезній кількості в першій секунді Великого Вибуху приблизно 13,77 млрд років тому. Вони з'явилися б у всіх розмірах — найменша була б мікроскопічною, а найбільша у десятки тисяч разів більшою за масу нашого Сонця...

Розрахунки показують, що найменші вже б "випарувалися", випускаючи квантові частинки у процесі, відомому як випромінювання Хокінга, так що до сих пір існували б лише первісні чорні діри з масою більше 10^11 кілограмів — приблизно з масу невеликого астероїда.

Якби вони існували, ці давні чорні діри могли б утворювати величезні ореоли "темної матерії", які, як вважають деякі астрофізики, облямовують галактики.

Дослідники хотіли дізнатися, чи зможуть вони відрізнити первісні чорні діри від чорних дір, що утворилися з нейтронних зірок — мерехтливих залишків наднових, що залишилися від їхніх батьківських зірок, які вибухнули після того, як витратили весь свій водень в реакціях ядерного синтезу.

Астрофізики підрахували, що зірки, розмір яких менший приблизно за п'ять мас Сонця, колапсують, залишаючи за собою нейтронну зірку з надщільною матерією, де б маса нашого Сонця була б упакована в кулю розміром з місто.

У цій теорії інтенсивна гравітація деяких нейтронних зірок постійно притягувала б частинки темної матерії; врешті-решт їхня сила тяжіння могла б стати настільки великою, що нейтронна зірка і темна матерія колапсували б разом у чорну діру, що припускає нове дослідження.

Альтернатива, запропонована в дослідженні, полягає в тому, що нейтронна зірка могла бути притягнута і злитися з невеликою первісною чорною дірою, яка потім осіла в центрі тяжіння нейтронної зірки і підживлювалася навколишнею матерією, поки не залишилася лише чорна діра.

Гравітаційні хвилі

Тахістов та його колеги міркували, що чорні діри, трансмутовані від нейтронних зірок, повинні дотримуватися того ж розподілення мас нейтронних зірок, з яких вони походять, що залежить від розмірів їх батьківських зірок.

Беручи це до уваги, вони розглянули дані близько 50-ти виявлень гравітаційних хвиль, зроблених на сьогоднішній день, і виявили, що лише у двох — GW190425 та GW190814 — задіяні об'єкти з потрібними для первісних чорних дір масами, написали автори дослідження.

Дослідження не є остаточним: все-таки можливо, що в цих двох зіткненнях брали участь нейтронні зірки виявлених мас або чорні діри, трансмутовані з нейтронних зірок таких розмірів. Але розподілення мас нейтронних зірок, які теоретично існують у Всесвіті, робить це малоймовірним, написали автори.

"Наша робота являє собою потужний тест на розуміння їх походження та зв'язку з темною матерією", - каже Тахістов. "Зокрема, цей тест демонструє, що чорні діри, значно важчі ніж приблизно 1,5 сонячних мас, навряд чи будуть "трансмутовані" у чорні діри від руйнування нейтронних зірок".

І якщо це так, це натякає на те, що первісні чорні діри можуть справді існувати і що вони можуть бути компонентом темної матерії, згідно з дослідженням.

За словами Тахістова, цей метод стане точнішим із збільшенням кількості детекторів гравітаційних хвиль: "Тест має статистичний характер, тому збір більшої кількості даних дозволить отримати краще розуміння".

! Читайте ще цікаві новини про космос на сайті, або слідкуйте за ними на Facebook.