Одна из самых известных теорий Стивена Хокинга о темной материи - о том, что это таинственное и невидимое вещество состоит из исконных черных дыр - недавно получила огромный удар. К такому выводу приходит массивный телескоп, который сделал снимок всей галактики за один снимок.
Результаты не полностью исключают известное представление Стивена Хокинга. Но они предполагают, что изначальные черные дыры должны быть действительно крошечными, чтобы объяснить темную материю.
Тайна темной материи
Темная материя - это имя, данное физиками для объяснения особенно таинственного явления: все во вселенной движется, вращается и вращается, как если бы было больше массы, чем мы можем обнаружить. Объяснения темной материи варьируются от призрачных частиц, называемых нейтрино, до неизвестных частиц, до новых законов физики. В 1970-х годах Стивен Хокинг и его коллеги предположили, что Большой Взрыв, возможно, создал большое количество относительно маленьких черных дыр - каждая размером с протон. Эти крошечные древние черные дыры будет трудно увидеть, но они будут оказывать сильное гравитационное воздействие на другие объекты - два известных свойства темной материи.
Черные дыры не излучают свет, хотя сверхмассивные черные дыры, подобные той, что находится в сердце галактики Мессье-87, окаймлены яркими дисками горячей материи. Однако исконные черные дыры в миллиарды раз меньше и не имеют видимой светящейся материи, окружающей их. Вместо этого поиск маленьких черных дыр означает поиск мест, где их мощные гравитационные поля излучают свет - явление, называемое микролинзированием.
Телескопы обнаруживают микролинзирующие черные дыры, делая много разных снимков звезды с течением времени. Черная дыра, проходящая перед этой звездой, искажает ее свет, заставляя ее вспыхивать; чем меньше черная дыра, тем быстрее вспышка. «Если объект микролинзирования имеет, скажем, одну солнечную массу, - сказал Такада в прямом эфире Science Science со ссылкой на массу солнца, - временной масштаб составляет несколько месяцев или год». Но исконные черные дыры, которые они искали, имели лишь небольшую долю этой массы, примерно массу Луны. Это означает, что их вспышки будут намного короче. По словам Такады, HSC является «уникальным», поскольку позволяет им делать снимки всех звезд в галактике Андромеды одновременно с невероятно быстрыми (для астрономов) интервалами воздействия - каждый интервал длился всего 2 минуты.
Такада и его команда сделали около 200 снимков галактики Андромеды за 7 часов ясной ночи. Они нашли только одно потенциальное событие микролинзирования. По словам Такады, если исконные черные дыры составляют значительную долю темной материи, они должны были увидеть около 1000 сигналов микролинзирования.
«Микролинзирование является золотым стандартом для обнаружения черных дыр или их исключения», - сказал Симеон Берд, физик по черной дыре из Калифорнийского университета в Риверсайде, который не принимал участия в работе. «Эта работа исключает изначальные черные дыры как темную материю в диапазоне масс, где предыдущие ограничения не были столь же сильными или такими же прочными, как этот новый. Это очень хороший результат».
Это был последний гвоздь в гробу? Действительно ли теория Хокинга мертва? Не так, по словам Берда и Такады, которые говорят, что исконные черные дыры определенного диапазона масс до сих пор полностью не устранены в качестве кандидатов.
«Есть еще массы, где ограничения слабые, около 20-30 солнечных масс», - сказал Берд в интервью Live Science. «Это может быть от 1% до 10% темной материи… и все еще есть окно для более низких масс, как масса очень маленького астероида».
«Наши физики очень взволнованы, потому что еще есть окно», - сказал Такада. Данные не могут исключать эти крошечные черные дыры, потому что вспышки этих черных дыр были бы слишком короткими, «поэтому нам нужно придумать другой способ сделать это».
Однако в их опросе обнаружена одна «вспышка». Хотя это был единственный предварительный результат, он может оказаться невероятно важным: самое первое обнаружение исконной черной дыры, которая станет революционной проверкой некоторых работ Хокинга.
«Только одно наблюдение не настолько убедительно», - сказал Такада. «Нам нужно больше наблюдений для подтверждения. Если это действительно так, мы должны продолжать находить то же самое», поскольку они продолжают использовать HSC для поиска большего количества микролинзирования.
