През февруари 2016 г. учени, работещи в Лазерния интерферометър за гравитационна вълнова обсерватория (LIGO), направиха история, когато обявиха първото по рода си откриване на гравитационни вълни. Оттогава са проведени множество открития и научни сътрудничества между обсерватории - като Advanced LIGO и Advanced Dego - позволяват безпрецедентни нива на чувствителност и споделяне на данни.
Това събитие не само потвърди вековна прогноза, направена от Теорията на общата относителност на Айнщайн, но доведе и до революция в астрономията. Освен това се възлагат надеждите на някои учени, които вярват, че черните дупки могат да бъдат причина за „липсващата маса на Вселената“. За съжаление ново проучване на екип от физици на UC Berkeley показа, че черните дупки не са най-търсеният източник на Dark Matter.
Тяхното изследване „Ограничения за компактни обекти на звездна маса като тъмна материя от гравитационното обективиране на Supernovae тип Ia“, наскоро се появи в Писма за физически преглед, Изследването беше ръководено от Мигел Зумалакарегу, глобален сътрудник на Мари Кюри в Центъра за космологична физика в Беркли (BCCP), с подкрепата на Урос Селяк - професор по космология и съдиректор на BCCP.
По-просто казано, Тъмната материя остава една от най-неуловимите и тревожни мистерии, пред които са изправени астрономите днес. Въпреки факта, че той съдържа 84,5% от материята във Вселената, всички опити за откриването й досега са се провалили. Предложени са много кандидати, вариращи от ултра леки частици (аксии) до слабо взаимодействащи масивни частици (WIMPS) и масивни компактни ореоли (MACHOs).
Въпреки това, тези кандидати варират масово от порядъка на 90, което няколко теоретици са се опитали да разрешат, като предлагат, че може да има множество видове тъмна материя. Това обаче ще изисква различни обяснения за техния произход, което само ще усложни допълнително космологичните модели. Както Мигел Зумаларарегуй обясни в неотдавнашно съобщение за пресата на UC Berkeley:
„Мога да си представя, че става дума за два вида черни дупки, много тежки и много леки, или черни дупки и нови частици. Но в този случай един от компонентите е с порядък по-тежък от другия и те трябва да бъдат произведени в сравнително изобилие. Ще преминем от нещо астрофизично към нещо, което е наистина микроскопично, може би дори най-лекото нещо във вселената и това би било много трудно да се обясни. "
За целите на изследването си екипът проведе статистически анализ на 740 от най-ярките открити свръхнови (към 2014 г.), за да установи дали някоя от тях е била увеличена или озарена от наличието на намеса в черна дупка. Това явление, при което гравитационната сила на голям обект увеличава светлината, идваща от по-далечни обекти, е известна като „гравитационно лещиране“.
По принцип, ако черните дупки бяха доминиращата форма на материята във Вселената, тогава гравитационно увеличените свръхнови ще се появяват доста често поради първичните черни дупки. Смята се, че тези хипотетични форми на черна дупка са се образували през първите няколко милисекунди след Големия взрив в части на Вселената, където масата е била концентрирана в десетки или стотици Слънчеви маси, причинявайки формиране на най-ранните черни дупки.
Наличието на тази популация от черни дупки, както и на всички масивни компактни предмети, гравитационно би огъвала и увеличава светлината от отдалечени предмети на път към Земята. Това би било особено вярно за далечните свръхнови тип Ia, които астрономите използват от десетилетия като стандартен източник на яркост за измерване на космически разстояния и скоростта, с която Вселената се разширява.
След провеждането на сложен статистически анализ на данни за яркостта и разстоянието от 740 свръхнови - 580 в Съюза и 740 в каталозите на Съвместния анализ на кривата на светлината (JLA) - екипът стигна до заключението, че осем от свръхновите трябва да бъдат по-ярки от няколко десети от процента от историческото. Въпреки това, не е открито подобно изсветляване, дори когато черните дупки с ниска маса са били включени.
„Не можете да видите този ефект върху една свръхнова, но когато ги съберете всички и направите пълен байесовски анализ, започвате да поставяте много силни ограничения върху тъмната материя, защото всяка супернова се брои и имате толкова много от тях“, каза Зумалакарегуи.
От своя анализ те заключиха, че черните дупки могат да съставят не повече от около 40% от тъмната материя във Вселената. След включването на 1048 по-ярки супернове от каталога на Пантеона (и на по-големи разстояния), ограниченията станаха още по-строги. С този втори набор от данни те са получили още по-горна горна граница - 23% - отколкото при първоначалния им анализ.
Тези резултати предполагат, че никоя от тъмната материя на Вселената не се състои от тежки черни дупки или други подобни масивни предмети като MACHO. „Връщаме се към стандартните дискусии“, каза Селяк. „Какво е тъмна материя? Наистина ни изчерпват добри варианти. Това е предизвикателство за бъдещите поколения. "
Това проучване се основава на по-ранни изследвания, проведени от Seljak в края на 90-те, когато учените разглеждат MACHOs и други масивни предмети като възможен източник на тъмна материя. Изследването обаче е ограничено поради факта, че само малък брой далечни свръхнови тип Ia са били открити или са били измерени техните разстояния по това време.
Освен това търсенето на Тъмната материя се премести малко след това от големи обекти към фундаментални частици (като WIMP). В резултат на това плановете за последващо проучване не се реализираха. Но благодарение на LIGO наблюденията на гравитационните вълни, възможната връзка между черните дупки и тъмната материя отново се появи и вдъхнови Seljak и Zumalacárregui да проведат анализа си.
„Интригуващото е, че масите на черните дупки в събитието LIGO са били точно там, където черните дупки все още не са били изключени като тъмна материя“, каза Селяк. „Това беше интересно съвпадение, което развълнува всички. Но това беше съвпадение. "
Теорията за тъмната материя е официално приета през 70-те години на миналия век, по време на „Златната ера на относителността“, за да се отчетат несъответствията между видимата маса от обекти във Вселената и техните наблюдавани гравитационни ефекти. Изглежда, че половин век по-късно ние все още се опитваме да открием тази тайнствена, невидима маса. Но с всяко проучване се поставят допълнителни ограничения върху Dark Matter и евентуалните кандидати се елиминират.
Имайки предвид времето, може просто да отключим тази космологична мистерия и да бъдем една крачка по-близо до разбирането как Вселената се е формирала и еволюирала.
