11-18-9. Найдены новые доказательства существования темной материи вокруг черных дыр
Глава 11-18-1
Обнаружена связь между черными дырами ранней Вселенной и темной материей
Май 2016
Темная материя представляет собой таинственную субстанцию, состоящую, как сейчас предполагают, из массивных частиц с необычными свойствами. Альтернативой этой теории является версия, согласно которой темная материя состоит из черных дыр, формировавшихся в течение первой секунды после Большого взрыва. В новом исследовании астрофизик показывает, что эта интерпретация хорошо согласуется с нашими знаниями о космических инфракрасном и рентгеновском фоновых излучениях и может объяснить неожиданно большие массы объединяющихся черных дыр, факт слияния которых был обнаружен в прошлом году.
В 2005 г. команда астрономов НАСА при помощи космического телескопа «Спитцер» зафиксировала фоновое инфракрасное излучение в одной из частей неба, демонстрирующее неоднородности. Исследователи тогда сделали вывод о том, что этот свет относится к источникам ранней Вселенной, существовавшим более чем 13 миллиардов лет назад.
В 2013 г. в другом исследовании астрономы обнаружили при помощи рентгеновской обсерватории НАСА «Чандра» аналогичное фоновое излучение, но уже в рентгеновской области спектра. Первые звезды излучали в основном в оптическом и УФ-диапазонах, к тому же при расширении Вселенной свет, излучаемый ими, «растягивался», переходя в ИК-область спектра, поэтому первые звезды не могут отвечать за рентгеновский фон, заключили авторы работы. Единственными известными науке кандидатами на роль источников, излучающих в широком диапазоне длин волн, оставались черные дыры.
В своем исследовании Кашлински предполагает, что темная материя на самом деле состоит из черных дыр, подобных тем, что были зарегистрированы недавно при помощи обсерватории LIGO. Согласно его теории в горячей ранней Вселенной такая темная материя дала «зародыши», на которых происходила конденсация газа с образованием звезд, излучающих свет в оптическом и УФ-диапазонах. Кроме того, конденсирующийся газ падал на черные дыры и начинал светиться в рентгене – что объясняет появление наблюдаемого рентгеновского фона. Такой сценарий объясняет соответствие между наблюдаемыми картинами неоднородностей в картах рентгеновского и ИК фона.
Astronews, 25 мая 2016
https://www.astronews.ru/cgi-bin/mng.cgi?page=news&news=8547
обсерватория LIGO
Александр Кашлински из Центра космических полетов Годдарда НАСА, США.
Глава 11-18-2
Гравитационные волны укажут на существование первичных черных дыр
Декабрь 2017
Черные дыры не могли образоваться по стандартному сценарию (в результате коллапса материи) раньше, чем через сто миллионов лет после Большого взрыва (красное смещение z = 40), утверждают двое физиков из Гарварда. Поэтому если мы зарегистрируем гравитационные волны от слияния двух черных дыр с бóльшим красным смещением, это будет практически однозначным свидетельством в пользу существования первичных черных дыр. Статья опубликована в Physical Review Letters.
Согласно стандартному сценарию, черная дыра образуется в результате гравитационного коллапса крупной звезды. По общепринятой сейчас модели развития Вселенной звезды начали появляться только спустя 150-500 миллионов лет после Большого взрыва (эпоха реионизации), то есть до момента реионизации черные дыры не должны были возникать. С другой стороны, в ранней Вселенной вещество было очень горячим и неоднородным, и черные дыры могли появляться просто из-за колебаний его плотности. Такие черные дыры называются первичными. Отдаленно возникновение первичных черных дыр напоминает кипение абсолютно чистой воды, в которой пузырьки могут возникать только из-за колебаний плотности жидкости.
Но наблюдать черные дыры непосредственно очень сложно, поскольку свет не может покинуть их окрестности. Поэтому в основном их ищут, оценивая гравитационное влияние на находящиеся рядом тела. Для первичных черных дыр этот способ, очевидно, работать не будет, но есть и другие способы заметить черные дыры. Например, система, состоящая из двух черных дыр, со временем коллапсирует в одну более массивную дыру, излучая при этом гравитационные волны. По этим волнам можно примерно установить красное смещение исходной системы (то есть момент, в который произошло слияние) и массу дыр. На данный момент коллаборация LIGO зарегистрировала пять событий, отвечающих слиянию двух черных дыр, а за разработку детектора LIGO и наблюдение гравитационных волн Райнеру Вайссу, Барри Бэришу и Кипу Торну присудили Нобелевскую премию.