«Невероятно большие черные дыры» не являются главным компонентом темной материи

Фото из открытых источников

Новое исследование, размещенное в журнале Physical Review Letters, показало, что черные дыры, массивнее целых галактик, не являются основным компонентом загадочной темной материи, которая, как считается, составляет большую часть материи во Вселенной.

На протяжении десятилетий, чтобы объяснить, почему галактики не разлетаются на части с той скоростью, с которой они вращаются, ученые предполагали существование невидимого вещества, известного как темная материя, гравитационное притяжение которого помогает удерживать галактики вместе. Считается, что темная материя составляет около пяти шестых всей материи во Вселенной.

Однако о темной материи многое остается неизвестным, в том числе и то, существует ли она на самом деле. Черные дыры являются хорошими потенциальными кандидатами на роль темной материи, поскольку они чрезвычайно массивны и их трудно обнаружить в темных глубинах космоса.

В новом исследовании ученые изучали, может ли темная материя состоять из «невероятно больших черных дыр», масса которых превышает массу Солнца более чем в 100 миллиардов раз. Невероятно большие черные дыры массой от 1 миллиона миллиардов до 10 миллионов миллиардов масс Солнца были бы тяжелее целых галактик.

До сих пор астрономы не обнаружили ни одной невероятно большой черной дыры — в настоящее время самая большая известная черная дыра может весить около 36 миллиардов солнечных масс. Поскольку исследователи не нашли ни одной даже после изучения множества галактик, в новом исследовании отмечается, что они не могут составлять всю темную материю, но члены команды задались вопросом, могут ли эти экзотические объекты все же составлять значительную часть загадочного вещества.

Часто темную материю представляют «как мелкую пыль, рассеянную повсюду», — рассказал соавтор исследования Кристофер Герлах, физик-теоретик из Майнцского института теоретической физики в Германии. Однако, если темная материя сосредоточена в нескольких гигантских объектах, таких как невероятно большие черные дыры, «Вселенная становится зернистой в очень больших масштабах. И мы можем это проверить».

В частности, ученые проанализировали свет, появившийся на заре Вселенной, рассказал соавтор исследования Ян Гуттенуар, физик-теоретик из Майнцского института теоретической физики.

В течение первых 380 000 лет после Большого взрыва космос был заполнен горячей плазмой, в которой находился свет. В конце концов, расширение Вселенной позволило космосу остыть достаточно, чтобы плазма в значительной степени рассеялась и образовала атомы. Это, в свою очередь, позволило свету свободно сиять, «и этот свет продолжает поступать и сегодня», — объяснил Герлах. «Мы называем это космическим микроволновым фоном, снимком молодой Вселенной, покрывающим все небо».

Температура космического микроволнового фона «различается от места к месту примерно на одну часть на 100 000», — рассказал соавтор исследования Антонио Иовино, физик-теоретик из Нью-Йоркского университета в Абу-Даби, Объединенные Арабские Эмираты. «Эта закономерность говорит нам о том, как распространялась материя в те времена».

Анализ космического микроволнового фона показал, что он не такой зернистый, как тот, который образовался бы при наличии огромных черных дыр. «Поэтому эти черные дыры не могут быть значительной частью темной материи», — сказал Николас Лейстер, физик-теоретик из Майнцского института теоретической физики.

Исследователи предупредили, что новые данные не означают, что невероятно большие черные дыры не могут существовать, а лишь то, что они не составляют значительную часть темной материи. Они добавили, что потенциально может существовать еще один кандидат на роль темной материи — относительно крошечные черные дыры размером с астероид. Сейчас они изучают, можно ли исключить такие крошечные черные дыры как основную составляющую темной материи.