2016. gada februārī zinātnieki, kas strādā ar lāzera interferometra gravitācijas viļņu observatoriju (LIGO), izveidoja vēsturi, kad viņi paziņoja par pirmo reizi atklāto gravitācijas viļņu klātbūtni. Kopš tā laika ir notikuši vairāki atklājumi, un zinātniska sadarbība starp observatorijām, piemēram, Advanced LIGO un Advanced Virgo, ļauj sasniegt nepieredzētu jutīguma un datu apmaiņas līmeni.
Šis notikums ne tikai apstiprināja simtgadīgo pareģojumu, ko izteica Einšteina Vispārējās relativitātes teorija, bet arī izraisīja astronomijas revolūciju. Tas arī liecināja par dažu zinātnieku cerībām, kuri uzskatīja, ka melnie caurumi varētu radīt Visuma “trūkstošo masu”. Diemžēl jauns UC Berkeley fiziķu komandas pētījums parādīja, ka melnie caurumi nav ilgi meklētais Dark Matter avots.
Viņu pētījums “Zvaigžņu masu kompaktu priekšmetu ierobežojumi kā tumša viela no Ia tipa supernovu gravitācijas objektīva” nesen parādījās Fiziskās apskates vēstules. Pētījumu vadīja Migels Zumalakarregu, Marijas Kirī vārdā nosauktais globālais līdzstrādnieks Bērklija kosmoloģiskās fizikas centrā (BCCP), ar Uros Seljaka atbalstu - kosmoloģijas profesoru un BCCP līdzdirektoru.
Vienkārši sakot, Dark Matter joprojām ir viens no visneizturīgākajiem un satraucošākajiem noslēpumiem, ar kuriem mūsdienās saskaras astronomi. Neskatoties uz to, ka tas satur 84,5% no Visuma matērijas, visi mēģinājumi to atklāt līdz šim ir bijuši neveiksmīgi. Ir ierosināti daudzi kandidāti, sākot ar ultravieglām daļiņām (aksiācijām) līdz vāji mijiedarbīgām masīvajām daļiņām (WIMPS) un masīvi kompaktajiem halo objektiem (MACHOs).
Tomēr šo kandidātu masu diapazons ir 90, kuru vairāki teorētiķi ir mēģinājuši atrisināt, ierosinot, ka varētu būt vairāki tumšās matērijas veidi. Tomēr to izcelsmei būtu nepieciešami dažādi skaidrojumi, kas tikai vēl vairāk sarežģītu kosmoloģiskos modeļus. Kā nesenajā UC Berkeley preses paziņojumā paskaidroja Migels Zumalačarregui:
“Es varu iedomāties, ka tas ir divu veidu melnie caurumi, ļoti smagi un ļoti viegli, vai melnie caurumi un jaunas daļiņas. Bet tādā gadījumā viens no komponentiem ir lielums, kas ir smagāks par otru, un tie ir jāražo salīdzināmā skaitā. Mēs pāriet no kaut kāda astrofiziska uz kaut ko patiesi mikroskopisku, varbūt pat visvieglāko lietu Visumā, un to būtu ļoti grūti izskaidrot. ”
Pētījuma dēļ komanda veica statistisko analīzi par 740 spilgtākajām supernovām, kas tika atklātas (kopš 2014. gada), lai noteiktu, vai kādu no tām ir palielināts vai paspilgtināts ar iejaukšanos esošā melnā cauruma klātbūtni. Šīs parādības, kurās liela objekta gravitācijas spēks palielina gaismu, kas nāk no attālākiem objektiem, sauc par “gravitācijas objektīvu”.
Būtībā, ja melnie caurumi būtu Visumā dominējošā matērijas forma, tad pirmatnējo melno caurumu dēļ gravitācijas palielinātas supernovas rastos diezgan bieži. Tiek uzskatīts, ka šīs hipotētiskās melnā cauruma formas ir izveidojušās dažās pirmajās milisekundēs pēc lielā sprādziena Visuma daļās, kur masa koncentrējās desmitiem vai simtiem Saules masu, izraisot agrāko melno caurumu veidošanos.
Šīs melnā cauruma populācijas, kā arī jebkuru masīvu kompaktu priekšmetu klātbūtne gravitācijas virzienā saliektos un palielinātu gaismu no tālu objektiem, kas atrodas ceļā uz Zemi. Īpaši tas attiektos uz tālajām Ia tipa supernovām, kuras astronomi gadu desmitiem ir izmantojuši kā standarta spilgtuma avotu kosmisko attālumu un Visuma paplašināšanās ātruma mērīšanai.
Tomēr pēc sarežģītas statistiskas datu analīzes par 740 supernovu - 580 Savienībā un 740 spilgtumu un attālumu - Apvienotajā gaismas-līknes analīzes (JLA) katalogos - komanda secināja, ka astoņiem supernoviem vajadzētu būt gaišākiem. dažas procenta desmitdaļas nekā tas, kas vēsturiski novērots. Tomēr šāds apgaismojums netika atklāts, pat ja iekšpusē tika ņemti vērā mazas masas melnie caurumi.
"Jūs nevarat redzēt šo efektu uz vienu supernovu, bet, saliekot tos visus un veicot pilnīgu Bajesija analīzi, jūs sākat noteikt ļoti spēcīgus tumšās vielas ierobežojumus, jo katra supernova ir svarīga un jums to ir tik daudz," sacīja Zumalacárregui.
Pēc analīzes viņi secināja, ka melnie caurumi var sastādīt ne vairāk kā 40% no Visuma tumšās vielas. Pēc 1 048 spilgtāku supernovu iekļaušanas no Panteon kataloga (un lielākiem attālumiem), ierobežojumi kļuva vēl stingrāki. Izmantojot šo otro datu kopu, viņi ieguva vēl zemāku augšējo robežu - 23% - nekā sākotnējā analīzē.
Šie rezultāti liek domāt, ka nevienā no Visuma tumšās matērijas nesastāv smagi melnie caurumi vai līdzīgi masīvi priekšmeti, piemēram, MACHO. “Mēs esam atgriezušies pie standarta diskusijām,” sacīja Seljaks. Kas ir tumšā matērija? Patiešām, mums trūkst labu iespēju. Tas ir izaicinājums nākamajām paaudzēm. ”
Šis pētījums bija balstīts uz iepriekšējiem pētījumiem, kurus Seljaks veica 90. gadu beigās, kad zinātnieki apsvēra MACHO un citus masīvus objektus kā iespējamo tumšās vielas avotu. Tomēr pētījums bija ierobežots tāpēc, ka tika atklāts tikai neliels skaits tālu Ia tipa supernovu vai arī to attālums tika mērīts tajā laikā.
Turklāt neilgi pēc tam Dark Matter meklēšana pārcēlās no lieliem objektiem uz pamata daļiņām (piemēram, WIMP). Rezultātā izpētītie turpmāko pasākumu plāni nepiepildījās. Bet, pateicoties LIGO novērojumiem par gravitācijas viļņiem, atkal parādījās iespējamā saikne starp melnajiem caurumiem un tumšo vielu un iedvesmoja Seljaku un Zumalacárregui veikt to analīzi.
"Interesanti bija tas, ka LIGO pasākuma melno caurumu masas atradās tieši tur, kur melnie caurumi vēl nebija izslēgti kā tumšā viela," sacīja Seljaks. “Tā bija interesanta sakritība, kas visus satrauca. Bet tā bija sakritība. ”
Tumšās matērijas teorija tika oficiāli pieņemta 70. gados, “relativitātes zelta laikmetā”, lai ņemtu vērā neatbilstības starp šķietamo objektu masu Visumā un to novēroto gravitācijas efektu. Šķiet, ka pusgadsimtu vēlāk mēs joprojām cenšamies izsekot šo noslēpumaino, neredzamo masu. Bet ar katru pētījumu Dark Matter tiek uzlikti papildu ierobežojumi un tiek izslēgti iespējamie kandidāti.
Ņemot vērā laiku, mēs varētu vienkārši atslēgt šo kosmoloģisko noslēpumu un būt vienu soli tuvāk izpratnei par to, kā Visums veidojās un attīstījās.
