Анализ ряби в пространстве-времени позволяет предположить, что загадочная субстанция состоит из первичных черных дыр.

Согласно новому исследованию, темная материя, таинственная субстанция, которая оказывает гравитационное притяжение, но не излучает свет, на самом деле может состоять из огромных скоплений древних черных дыр, созданных в самом начале Вселенной.

Этот вывод основан на анализе гравитационных волн или ряби в пространстве-времени, вызванных двумя отдаленными столкновениями между черными дырами и нейтронными звездами .

Рябь, обозначенная GW190425 и GW190814, была обнаружена в 2019 году Гравитационно-волновой обсерваторией с лазерным интерферометром (LIGO) в Вашингтоне и Луизиане и интерферометром Virgo близ Пизы, Италия. Предыдущий анализ показал, что рябь была вызвана столкновениями между черными дырами, масса которых в 1,7-2,6 раза превышает массу нашего Солнца, и либо меньшей нейтронной звездой, либо гораздо большей черной дырой.

Но это сделало бы один из объектов при каждом столкновении тем, что астрофизики называют черной дырой с массой Солнца, примерно массой Солнца. "Черные дыры Солнечной массы довольно загадочны, так как они не ожидаются от традиционной астрофизики, такой как звездные взрывы или сверхновые, которые превращают большие звезды в черные дыры",-сказал ведущий автор исследования Владимир Тахистов из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе. Анжелес, сообщил Live Science в электронном письме.

Вместо этого авторы предполагают в исследовании, опубликованном 16 февраля в журнале Physical Review Letters, что эти черные дыры солнечной массы могут быть "первичными" черными дырами, созданными во время Большого взрыва. Или они могли образоваться позже, когда нейтронные звезды превратились в черные дыры-либо после поглощения первичных черных дыр, либо после поглощения определенных предполагаемых типов темной материи, таинственная материя, которая оказывает гравитационное притяжение, не взаимодействует со светом, сказал Тахистов.

Первичные черные дыры, если они существуют, вероятно, были созданы в огромных количествах в первую секунду Большого взрыва около 13,77 миллиарда лет назад. Они будут всех размеров - самые маленькие будут микроскопическими, а самые большие-в десятки тысяч раз больше массы нашего Солнца . Расчеты показывают, что самые маленькие из них на сегодняшний день "испарились", испуская квантовые частицы в процессе, известном как излучение Хокинга, так что только первичные черные дыры с массой более 10-11 килограммов - примерно масса небольшого астероида - все еще будут существовать. Сегодня.

Если бы они действительно существовали, эти древние черные дыры могли бы образовывать огромные ореолы "темной материи", граничащие с галактиками, считают некоторые астрофизики. Исследователи хотели знать, могут ли они отличить первичные черные дыры от черных дыр, образовавшихся из нейтронных звезд, мерцающих остатков сверхновых, оставшихся от взрыва их родительских звезд после использования всего их водорода в реакциях ядерного синтеза .

Астрофизики подсчитали, что звезды с массой, примерно в пять раз превышающей массу Солнца, коллапсируют, оставляя после себя нейтронную звезду из сверхплотной материи, примерно с массой нашего Солнца упакованную в шар размером с город, сообщает Live Science . Согласно этой теории, сильная гравитация некоторых нейтронных звезд будет постоянно притягивать частицы темной материи; новое исследование предполагает, что в конечном итоге их гравитация станет настолько большой, что нейтронная звезда и темная материя схлопнутся вместе в черную дыру.

Альтернативой, предложенной исследованием, является то, что нейтронная звезда может притягиваться и сливаться с небольшой первичной черной дырой, которая затем оседает в центре тяжести нейтронной звезды и питается окружающей материей до тех пор, пока не останется только черная дыра. Тахистов и его коллеги рассудили, что черные дыры, превращенные из нейтронных звезд, должны были бы следовать тому же распределению масс нейтронных звезд, из которых они произошли, которое зависит от размера их родительских звезд.

Принимая это во внимание, они изучили данные из 50 или около того обнаружений гравитационных волн, сделанных на сегодняшний день, и обнаружили, что только два - GW190425 и GW190814 - связаны с объектами с правильной массой, чтобы быть первичными черными дырами, пишут авторы исследования.

Исследование не является окончательным: все еще возможно, что нейтронные звезды обнаруженных масс или черные дыры, трансмутированные из нейтронных звезд такого размера, были вовлечены в эти два столкновения. Но авторы пишут, что массовое распределение нейтронных звезд, предположительно существующих во Вселенной, делает это маловероятным. "Наша работа является мощным тестом для понимания их происхождения и связи с темной материей", - сказал Тахистов. "В частности, этот тест показывает, что черные дыры, значительно более тяжелые, чем примерно в 1,5 раза масса Солнца, очень маловероятны, чтобы быть "трансмутированными" черными дырами в результате разрушения нейтронных звезд."

И если это так, то это намекает на то, что первичные черные дыры действительно могут существовать и что они могут быть компонентом темной материи, согласно исследованию.

По словам Тахистова, этот метод станет более точным по мере обнаружения большего количества гравитационных волн: "Тест носит статистический характер, поэтому сбор большего количества данных позволит лучше понять."

Напомним, что ранее сообщалось, что жизнь Вселенной завершится грандиозным фейерверком.