Волны в пространстве-времени обнаруживают следы черных дыр от начала времени

История темной материи началась в 1933 году, когда астроном Фриц Цвикки изучил распределение скоростей галактик в скоплении, расположенном в созвездии Coma Berenices. Он обнаружил, что галактики в скоплении движутся слишком быстро, и если принять во внимание только видимую материю, скопление не может быть стабильным – галактики просто разлетятся в разные стороны. Цвикки предположил, что их удерживает невидимая гравитационная субстанция – Темная материя.

Принято считать, что темная материя состоит из вимпов, массивных частиц, которые почти не взаимодействуют с частицами обычной материи. И все же, несмотря на сотни исследований, проведенных на протяжении многих лет, темная материя не получила подтверждения.

Концепция темной материи играет важную роль в современной астрофизике и космологии – она ​​позволяет относительно легко объяснить кривые вращения галактик, гравитационное линзирование и наблюдаемую скорость расширения Вселенной, оставаясь самодостаточной теорией, которая не требует подбор множества числовых коэффициентов.

Прямых экспериментальных доказательств существования темной материи – например, рассеяния составляющих ее частиц частицами Стандартной модели – пока не найдено. Пока что физикам приходится ограничиваться косвенными доказательствами гравитационного взаимодействия темной и обычной материи и улучшать детекторы.

В прошлом мы много раз писали о новых исследованиях темной материи и черных дыр – результаты новых исследований появляются буквально каждый месяц, если не каждую неделю. И теперь группа ученых предположила, что эти два небесных явления могут быть одним и тем же в определенном случае.

Ученые пришли к выводу, что темная материя могла быть образована из первичных черных дыр. Объяснили – это черные дыры, которые были созданы вскоре после Большого взрыва. Научная группа проанализировала данные двух волн в пространстве-времени, которые произошли после двух отдельных столкновений между черными дырами и нейтронными звездами или более крупными черными дырами.

Связь между изначальными черными дырами и темной материей

Первичные черные дыры выгодно отличаются от других кандидатов на роль темной материи тем, что они позволяют решить так называемую «проблему каспи-гало». Он заключается в том, что компьютерные модели эволюции галактик сулят резкое увеличение плотности темной материи вблизи ее центра (острый пик, касп), а наблюдаемые в действительности кривые вращения указывают на довольно постоянное распределение (т. Е. ядро, ядро).

Модели, в которых темная материя состоит из первичных черных дыр, не показывают таких пиков. Кроме того, движение звезд в галактике, окруженной первичными черными дырами, немного отличается от движения звезд в других моделях темной материи.

И вот еще одна проблема – изначальные черные дыры столь же гипотетичны, как и темная материя. Оба они еще не были официально открыты или подтверждены, но оба идеально подходят для объяснения процессов и явлений во Вселенной, которые стандартная модель не может объяснить.

Что предлагает новое исследование?

Многочисленные симуляции и расчеты подтвердили, что если первичные черные дыры существовали в ранней Вселенной, самые большие из них все еще могли бы существовать в современной Вселенной.

Одна теория предполагает, что нейтронные звезды могут притягивать темную материю до такой степени, что обе они коллапсируют в черную дыру. Альтернатива предполагает, что нейтронные звезды могут сливаться с первичными черными дырами. Затем эти двое будут продолжать притягивать темную материю, пока нейтронная звезда полностью не исчезнет, ​​оставив после себя только черную дыру.

Команда ученых проанализировала десятки обнаруженных гравитационных волн и обнаружила, что два из 2019 года соответствуют правильным характеристикам первичных черных дыр. Это не подтверждает, что на самом деле существует несколько других возможных объяснений, но это исследование может привести к важным тестам, которые объяснят как первичные черные дыры, так и то, как они могут быть связаны с темной материей. Кроме того, результаты могут подтвердить, что темная материя состоит из черных дыр.

Как обычно, это только начальное исследование, и потребуются годы наблюдений и сбора данных, прежде чем ученые смогут ответить на этот вопрос. Тем не менее, это большой шаг вперед.