Международная команда исследователей теории с учетом работ Стивена Хокинга и основываясь на результатах своих исследований, исключает возможность того, что первичные черные дыры меньше, чем одна десятая миллиметра и составляют большую часть темной материи.
Ученые знают, что 85% материи во Вселенной состоит из темной материи. Ее гравитационная сила не дает звездам нашего Млечного Пути разлететься в стороны. Однако попытки обнаружить такие частицы темной материи с помощью подземных экспериментов или экспериментов с ускорителями, включая крупнейший в мире ускоритель - Большой Адронный Коллайдер, пока не увенчались успехом.
Это заставило ученых рассмотреть теорию Хокинга 1974 года о существовании первичных черных дыр, родившихся вскоре после Большого Взрыва, и его предположение о том, что они могут составить большую часть неуловимой темной материи, которую ученые пытаются открыть сегодня.
Международная группа исследователей, возглавляемая Институтом физики и математики Вселенной Кавли, использовала гравитационный эффект линзирования для поиска первичных черных дыр между Землей и галактикой Андромеда.
Гравитационное линзирование, эффект, впервые предложенный Альбертом Эйнштейном, проявляется как изгиб световых лучей, исходящих от удаленного объекта, такого как звезда, из-за гравитационного эффекта промежуточного массивного объекта, такого как первичная черная дыра. В крайних случаях такой световой изгиб заставляет фоновую звезду казаться намного ярче, чем она есть изначально.
Однако гравитационные эффекты линзирования очень редки, потому что для этого требуется звезда в галактике Андромеды, первичная черная дыра, действующая как гравитационная линза, и наблюдатель на Земле, чтобы быть точно на одной линии.
Таким образом, чтобы максимизировать шансы на захват события, исследователи использовали цифровую камеру Hyper Suprime-Cam на телескопе Subaru на Гавайях, которая может захватить все изображение галактики Андромеды в одном снимке.
Принимая во внимание, насколько быстро первичные черные дыры должны двигаться в межзвездном пространстве, команда сделала несколько снимков, чтобы поймать мерцание звезды, когда она светится в течение нескольких минут или часов из-за гравитационного линзирования.
Из 190 последовательных снимков галактики Андромеды, сделанных в течение семи часов в течение одной ясной ночи, команда изучила данные для потенциальных гравитационных линз. Если темная материя состоит из первичных черных дыр заданной массы, в данном случае масс легче Луны, исследователи ожидали найти около 1000 событий.
Но после тщательного анализа они смогли идентифицировать только один случай. Результаты работы команды показали, что первичные черные дыры могут вносить не более 0,1% всей массы темной материи. Поэтому маловероятно, что теория верна. В настоящее время исследователи планируют продолжить анализ галактики Андромеды. Одна из новых теорий, которую они будут исследовать, заключается в том, чтобы выяснить, действительно ли бинарные черные дыры, обнаруженные детектором гравитационных волн LIGO, являются первичными черными дырами.
