Можливо, незабаром ми зможемо перевірити одну з найбільш суперечливих теорій Стівена Гокінга — телескоп Джеймса Вебба повинен принести вкрай необхідні дані.
У 1970-х роках Гокінг припустив, що темна матерія — невидима речовина, з якої складається більша частина матерії у космосі — може бути створена з чорних дір, що утворилися в перші моменти Великого вибуху.
Тепер троє астрономів розробили теорію, яка пояснює не тільки існування темної матерії, а й появу найбільших чорних дір у Всесвіті.
"Я особисто вважаю, чому ця ідея надзвичайно захоплива, так це тому, як вона елегантно об’єднує дві дійсно складні проблеми, над якими я працюю, — дослідження природи темної матерії та утворення та зростання чорних дір — і вирішує їх одним махом", — сказав співавтор дослідження Пріямвада Натараджан, астрофізик з Єльського університету. Щобільше, кілька нових інструментів — у тому числі недавно запущений космічний телескоп Джеймса Вебба — можуть отримати дані, необхідні для остаточної оцінки знаменитої ідеї Гокінга.
Чорні діри з самого початку
Темна матерія становить понад 80% всієї матерії у Всесвіті, але вона жодним чином не взаємодіє зі світлом. Вона просто плаває навкруги, і оскільки масивна, впливає на гравітацію всередині галактик.
Спокусливо подумати, що чорні діри можуть бути відповідальними за цю невловну темну матерію. Зрештою, чорні діри, як відомо, темні, тому заповнення галактики чорними дірами може теоретично пояснити всі спостереження темної матерії.
На жаль, у сучасному Всесвіті чорні діри утворюються лише після того, як гинуть масивні зорі, а потім колапсують під вагою власної гравітації (тобто провалюються в себе). Тому для створення чорних дір потрібно багато зірок, а для цього потрібна купа нормальної матерії. Вчені знають, скільки нормальної матерії є у Всесвіті, з розрахунків раннього Всесвіту, де утворилися перші водень і гелій. І нормальної матерії просто не вистачає, щоб створити всю темну матерію, яку спостерігали астрономи.
Сплячі гіганти
У 1971 році він припустив, що чорні діри утворилися в хаотичному середовищі найперших моментів Великого вибуху. Там осередки матерії могли спонтанно досягти щільності, необхідної для створення чорних дір, заповнюючи космос задовго до мерехтіння перших зірок. Гокінг припустив, що ці «первинні» чорні діри можуть бути відповідальними за темну матерію. Хоча ідея була цікавою, більшість астрофізиків замість цього зосередилися на пошуку нової субатомної частинки для пояснення темної матерії.
Щобільше, моделі утворення первинних чорних дір стикалися з проблемами, пов'язаними зі спостереженнями. Якщо в ранньому Всесвіті їх утворилося занадто багато, вони змінили картину остаточного випромінювання, що залишилося з раннього Всесвіту, відомого як космічний мікрохвильовий фон (КМФ). Це означало, що теорія працювала лише тоді, коли кількість і розмір стародавніх чорних дір були досить обмежені, інакше вона суперечила б вимірюванням КМФ.
Ідея була відновлена у 2015 році, коли Лазерна інтерферометрична гравітаційно-хвильова обсерваторія знайшла свою першу пару чорних дір, що зіштовхуються. Дві чорні діри були набагато більшими, ніж очікувалося, і один зі способів пояснити їх велику масу — це сказати, що вони утворилися в ранньому Всесвіті, а не в серцях присмертних зірок.
Просте рішення
У останньому дослідженні Натараджан, Ніко Каппеллуті з Університету Маямі та Гюнтер Хасінгер з Європейського космічного агентства глибоко занурилися в теорію первісних чорних дір, досліджуючи, як вони можуть пояснити темну матерію та, можливо, вирішити інші космологічні проблеми.
Щоб пройти поточні спостережні тести, первісні чорні діри повинні перебувати у певному діапазоні мас. У новій роботі дослідники припустили, що первісні чорні діри мали масу приблизно в 1,4 раза більшу за масу Сонця. Вони побудували модель Всесвіту, яка замінила всю темну матерію цими досить світлими чорними дірами, а потім шукали спостережувані підказки, які могли б підтвердити (або виключити) модель.
Команда виявила, що первинні чорні діри можуть відігравати важливу роль у Всесвіті, допомагаючи у зародженні перших зір, перших галактик та перших надмасивних чорних дір (SMBH). Спостереження показують, що зорі, галактики та SMBH з’являються дуже швидко в космологічній історії, можливо, занадто швидко, щоб їх пояснити процесами формування та зростання, які ми спостерігаємо в сучасному Всесвіті.
«Первинні чорні діри, якщо вони існують, цілком можуть бути насінням, з якого утворюються всі надмасивні чорні діри, включаючи ту, що знаходиться в центрі Чумацького Шляху», — сказав Натараджан.
До того ж теорія проста й не вимагає зоопарку нових частинок для пояснення темної матерії.
«Наше дослідження показує, що без введення нових частинок чи нової фізики ми можемо розгадати таємниці сучасної космології від природи темної матерії до походження надмасивних чорних дір», — сказав Каппеллуті.
Поки що ця ідея є лише моделлю, але відносно скоро її можна буде протестувати. Космічний телескоп Джеймса Вебба, який був запущений на Різдво після багатьох років затримок, розроблений спеціально для того, щоб відповісти на питання про походження зірок і галактик. І наступне покоління детекторів гравітаційних хвиль, особливо Лазерна інтерферометрична космічна антена (LISA), готова розкрити набагато більше інформації про чорні діри, включно з первісними, якщо вони існують.
Разом дві обсерваторії повинні дати астрономам достатньо інформації, щоб зібрати воєдино історію перших зірок і, можливо, походження темної матерії.
«Було присутнім непереборне бажання глибоко вивчити цю ідею, знаючи, що вона має потенціал бути підтвердженою досить скоро», – сказав Натараджан.
За матеріалами Live Science.
Коментарі
Дописати коментар