Ученые исключили первичные черные дыры как кандидатов в темную материю
Первичные черные дыры (ПЧД) — удивительные космические тела, которые активно обсуждаются астрофизиками. Судя по их названию, это черные дыры, которые, как считается, появились на заре существования Вселенной, менее чем через секунду после Большого взрыва.
Теория предполагает, что за доли секунды до образования Вселенной пространство не было полностью однородным, поэтому более плотные и горячие области могли коллапсировать в черные дыры. В зависимости от того, когда именно они образовались в течение этих долей секунды, ПЧД могли иметь очень разные массы и связанные с ними характеристики.
Некоторые физики-теоретики исследовали возможность того, что ПЧД вносят значительный вклад в существование темной материи во Вселенной, или, другими словами, что они являются основными кандидатами на темную материю.
Наблюдения за гравитационными волнами, собранные коллаборацией LIGO-Virgo-KAGRA, и ограничения, установленные этими наблюдениями, предполагают, что это маловероятно.
Тем не менее, некоторые недавние исследования показали, что кластеризация ПЧД во время их формирования может изменить скорость их слияния, что потенциально позволит получить значения в рамках ограничений, установленных LIGO-Virgo-KAGRA.
Такая кластеризация также потенциально может повлиять на существующие границы микролинзирования, поскольку кластеры ПЧД будут действовать как массивная одиночная линза, которую нельзя исследовать с помощью исследований микролинзирования.
Ученые из Женевского университета, Римского университета Сапиенца и NICPB недавно провели теоретическое исследование, в котором дополнительно оценивается гипотеза о том, что изначально сгруппированные ПЧД могут быть кандидатами в темную материю. В их статье, опубликованной в журнале Physical Review Letters, приводится относительно простой аргумент, который, по-видимому, исключает такую возможность.
«Наша работа была мотивирована утверждением, еще не подтвержденным, о том, что первичные черные дыры с массами около солнечных масс могли бы избежать нынешних сильных ограничений, связанных с микролинзированием, если бы они были сильно сгруппированы», — Антонио Риотто, автор работы.
«Наше исследование доказало, что это утверждение неверно. Идея проста: сгруппированные ПЧД могут избежать границы микролинзирования, если кластеризация достаточно сильна, но это будет противоречить другому набору данных, поступающих из Леса Лайман-альфа, который предполагает, что для этого потребуется слабая кластеризация».
В своем анализе ученые объединили ограничения микролинзирования, установленные предыдущими астрономическими наблюдениями, с данными о Лесе Лайман-альфа.
Лес Лайман-альфа — это явление поглощения, которое можно наблюдать с помощью инструментов астрономической спектроскопии, проявляющееся в виде линий поглощения в спектрах далеких галактик и квазаров.
Эти линии поглощения стали важным объектом изучения в астрофизике, особенно в исследованиях флуктуаций плотности во Вселенной. В своей статье исследователи показали, что данные о Лесе Лайман-альфа предполагают, что для того, чтобы избежать существующих ограничений микролинзирования, ПЧД должны быть слабо, а не сильно сгруппированы, что противоречит широко распространенной теоретической идее, которую они оценивали.
«Наш анализ исключает возможность того, что ПЧД могут быть темной материей Вселенной, если они имеют массы, подобные звездным массам», — добавил Антонио Риотто.
«В наших следующих работах мы планируем дополнительно исследовать роль ПЧД, чтобы посмотреть, могут ли они объяснить другие интересные наблюдения, такие как присутствие галактик с большими красными смещениями».
Исследование было опубликовано в Physical Review Letters.