Je temná hmota tvorená čiernymi dierami?

Umelecký koncept prvotných čiernych dier prostredníctvom NASA.

Umelecký koncept prvotných čiernych dier, viaNASA.


Moderní astronómovia sa domnievajú, že podstatná časť nášho vesmíru existuje vo forme temnej hmoty. Ako každá hmota, zdá sa, že temná hmota vyvíja gravitáciu, ale nie je to vidieť. Ak existuje, nevyžaruje svetlo ani inú formu žiarenia, ktoré vedci zistili. Vedci uprednostnili používanie teoretických modelovexotické masívne časticena vysvetlenie temnej hmoty, ale zatiaľ neexistujú žiadne pozorovacie dôkazy, že by to tak bolo. 24. mája 2016 NASA oznámila novú štúdiu, ktorá posilňuje myšlienku alternatívnej hypotézy: temná hmota môže byť vytvorená z čiernych dier.

Alexander Kashlinsky, astrofyzik z NASA Goddard, viedol novú štúdiu, ktorápovedalje:


... snaha spojiť široký súbor myšlienok a postrehov, aby sa otestovalo, ako dobre sa hodia, a je tento prekvapivo dobrý. Ak je to správne, všetky galaxie, vrátane našej, sú vložené do rozsiahlej sféry čiernych dier, z ktorých každá má asi 30 -násobok hmotnosti Slnka.

Existuje niekoľko spôsobov, ako vytvárať čierne diery, ale všetky zahŕňajú vysokú hustotu hmoty. Tomu sa hovorí čierne diery Kashlinského štúdieprvotné zadné otvoryPredpokladá sa, že sa vytvoril v prvom zlomku sekundy po Veľkom tresku, keď boli tlaky a teploty extrémne vysoké. Počas tejto doby mohli malé výkyvy v hustote hmoty zasiahnuť raný vesmír čiernymi dierami, a ak by to tak bolo, tak ako sa vesmír rozpínal, tieto prvotné čierne diery by zostali stabilné a existovali až do našej doby.

Kashlinsky vo svojom novom dokumente poukazuje na dve hlavné línie dôkazov, že tieto čierne diery môžu zodpovedať za chýbajúcu temnú hmotu, o ktorej sa predpokladá, že preniká do nášho vesmíru. Jehovyhlásenievysvetľuje, že táto myšlienka:

... je v súlade s našimi znalosťami kozmického infračerveného žiarenia a röntgenových lúčov pozadia a môže vysvetliť neočakávane vysoké množstvá spájajúcich sa čiernych dier zistené minulý rok [podľa LIGO].




Vľavo: Tento obrázok z vesmírneho teleskopu Spitzer NASA ukazuje infračervený pohľad na oblasť oblohy v súhvezdí Ursa Major. Vpravo: Po maskovaní všetkých známych hviezd, galaxií a artefaktov a zlepšení toho, čo zostalo, sa objaví nepravidelná žiara v pozadí. Toto je kozmické infračervené pozadie (CIB); svetlejšie farby označujú svetlejšie oblasti. Obrázok prostredníctvom NASA/JPL-Caltech/A. Kashlinsky (Goddard)

Vľavo: Tento obrázok z vesmírneho teleskopu Spitzer NASA ukazuje infračervený pohľad na oblasť oblohy v súhvezdí Ursa Major. Vpravo: Po maskovaní všetkých známych hviezd, galaxií a artefaktov a vylepšení toho, čo zostalo, sa objaví nepravidelná žiara v pozadí. Toto je kozmické infračervené pozadie (CIB); svetlejšie farby označujú svetlejšie oblasti. Obrázok prostredníctvomNASA/JPL-Caltech/A. Kashlinsky (Goddard)

Prvá línia dôkazov jenadmerná patchinessv pozorovanej žiare pozadia infračerveného svetla.

V roku 2005 Kashlinsky viedol tím astronómov pomocou NASASpitzerov vesmírny teleskoppreskúmať túto infračervenú žiaru v jednej časti oblohy. Jeho tím dospel k záveru, že pozorovaná nerovnomernosť bola pravdepodobne spôsobená súhrnným svetlom prvých zdrojov, ktoré osvetľovali vesmír pred viac ako 13 miliardami rokov. Potom vyvstáva otázka ... aké boli tieto prvé zdroje? Boli medzi nimi prvotné čierne diery?

Následné štúdiepotvrdenéže toto kozmické infračervené pozadie (CIB) vykazovalo podobnú neočakávanú nerovnomernosť aj v iných častiach oblohy. V roku 2013 potom štúdia porovnávala, ako sakozmické röntgenové pozadiev porovnaní s infračerveným pozadím v tej istej oblasti oblohy. Kashlinksyho vyhlásenie uvádza:


... nepravidelná žiara nízkoenergetických röntgenových lúčov v [kozmickom röntgenovom pozadí] sa celkom dobre zhodovala s nerovnomernosťou [infračerveného pozadia]. Jediný predmet, o ktorom vieme, že môže byť dostatočne žiarivý v tomto širokom energetickom rozsahu, je čierna diera.

Štúdia z roku 2013 dospela k záveru, že medzi najstaršími hviezdami musel byť veľký počet prvotných čiernych dier, ktoré tvoria najmenej jeden z každých piatich zdrojov prispievajúcich ku kozmickému infračervenému pozadiu.

Teraz prejdite na 14. september 2015 a na druhý Kašlinského dôkaz, že prvotné čierne diery tvoria temnú hmotu. Ten dátum-teraz zapísaný v histórii vedy-je ten deň, keď vedci z laserového interferometrového gravitačného vlnového observatória (LIGO) v Hanforde, Washingtone a Livingstone v Louisiane urobili vôbec prvý, mimoriadne vzrušujúcidetekcia gravitačných vĺn. Predpokladá sa, že dvojica splývajúcich čiernych dier vzdialených 1,3 miliardy svetelných rokov vytvorila vlny zistené spoločnosťou LIGO 14. septembra. Vlny sú vlnky v štruktúre časopriestoru a pohybujú sa rýchlosťou svetla.

Okrem toho, že táto udalosť bola vôbec prvou detekciou gravitačných vĺn a za predpokladu, že bola udalosť LIGO interpretovaná správne, znamenala aj prvú priamu detekciu čiernych dier. Vedcom tak poskytol informácie o hmotnosti jednotlivých čiernych dier, ktoré boli 29 a 36 -násobkom hmotnosti Slnka, plus mínus asi štyri hmotnosti Slnka.


Kashlinsky vo svojej novej štúdii poukázal na to, že ide o približné hmotnosti prvotných čiernych dier. V skutočnosti naznačuje, že to, čo LIGO mohol zistiť, bolo zlúčenie prvotných čiernych dier.

Prvotné čierne diery, ak existujú, by mohli byť podobné zlúčeným čiernym dieram, ktoré zistil tím LIGO v roku 2015. Táto počítačová simulácia v spomalenom zábere ukazuje, ako by toto zlúčenie vyzeralo zblízka. Prstenec okolo čiernych dier, nazývaný Einsteinov prstenec, vzniká zo všetkých hviezd v malej oblasti priamo za dierami, ktorých svetlo je skreslené gravitačnou šošovkou. Gravitačné vlny detegované systémom LIGO nie sú v tomto videu zobrazené, aj keď ich účinky je možné vidieť na Einsteinovom prstenci. Gravitačné vlny cestujúce von za čiernymi dierami narúšajú hviezdne obrazy obsahujúce Einsteinov prstenec, čo spôsobuje, že sa v kruhu krúžia aj dlho po dokončení zlúčenia. Gravitačné vlny cestujúce inými smermi spôsobujú, že sa všade mimo Einsteinovho kruhu zosúvajú slabšie a kratšie trvajúce vlny. Pri prehrávaní v reálnom čase by film trval zhruba tretinu sekundy. Obrázok prostredníctvom objektívu SXS.

Vo svojom novom príspevku, publikovanom 24. mája 2016 vThe Astrophysical Journal Letters„Kashlinsky analyzuje, čo by sa mohlo stať, keby temnú hmotu tvorila populácia čiernych dier podobných tým, ktoré zistil LIGO. Jeho vyhlásenie dospelo k záveru:

Čierne diery narúšajú rozloženie hmoty v ranom vesmíre a pridávajú malú fluktuáciu, ktorá má dôsledky o stovky miliónov rokov neskôr, keď sa začnú formovať prvé hviezdy.

Po väčšinu prvých 500 miliónov rokov vesmíru bola normálna hmota príliš horúca na to, aby sa spojila s prvými hviezdami. Vysoká teplota neovplyvnila temnú hmotu, pretože bez ohľadu na jej povahu interaguje predovšetkým prostredníctvom gravitácie. Agregáciou vzájomnej príťažlivosti sa temná hmota najskôr zrútila do zhlukov nazývaných minihaloes, ktoré poskytli gravitačné semeno umožňujúce akumuláciu normálnej hmoty. Horúci plyn sa zrútil smerom k minihalogénam, čo malo za následok dostatočne husté vrecká plynu, ktoré sa ďalej zrútili na prvé hviezdy. [Náš tím] ukazuje, že ak čierne diery zohrávajú úlohu temnej hmoty, tento proces prebieha rýchlejšie a ľahko produkuje hrudkovitosť [infračerveného pozadia] zisteného v údajoch spoločnosti Spitzer, aj keď sa iba malej časti minihalonov podarí vytvoriť hviezdy.

Keď vesmírny plyn dopadal do minihalonov, ich čierne diery, ktoré ich tvoria, niečo z toho prirodzene zachytia. Látka padajúca smerom k čiernej diere sa zahrieva a v konečnom dôsledku vytvára röntgenové lúče. Infračervené svetlo z prvých hviezd a röntgenové lúče plynu padajúceho do čiernych dier temnej hmoty môžu spoločne zodpovedať za pozorovanú zhodu medzi nerovnomernosťou [infračerveného pozadia] a [kozmického röntgenového pozadia].

Občas niektoré prvotné čierne diery prejdú dostatočne blízko na to, aby boli gravitačne zachytené do binárnych systémov. Čierne diery v každom z týchto binárnych súborov budú počas vekov emitovať gravitačné žiarenie, strácať orbitálnu energiu a špirálovito sa otáčať smerom dovnútra, v konečnom dôsledku sa zlúčia do väčšej čiernej diery ako udalosť, ktorú pozoroval LIGO.

Prečítajte si viac o Kashlinského novej štúdii od NASA

Máte radi ForVM? Zaregistrujte sa k odberu nášho bezplatného denného spravodajcu ešte dnes!

Zrátané a podčiarknuté: 24. mája 2016 NASA oznámila novú štúdiu Alexandra Kashlinského, astrofyzika z NASA Goddard, posilňujúcu myšlienku, že temná hmota je tvorená čiernymi dierami.