Чорні діри, що утворилися в перші миті після Великого вибуху, виявились значно менш ймовірними кандидатами на роль прихованої маси Всесвіту, ніж вважали раніше. Проаналізувавши гамма-випромінювання з глибин космосу, автори з’ясували, наскільки малою може бути їхня частка серед темної матерії.
Походження первинних чорних дір
Первинні чорні діри могли утворитися в перші миті після Великого вибуху там, де речовина стискалася під тиском у нерівномірностях ранньої матерії. На відміну від чорних дір зоряного походження, вони не потребують колапсу зорі.
Десятиліттями фізики розглядають їх як можливе пояснення темної матерії, адже такі об’єкти не випромінюють світла у звичайному сенсі й мало взаємодіють з іншою речовиною.
Астероїдний діапазон мас
Дослідники з Оклендського університету та Університету Райса зосередились на первинних чорних дірах з масою від 10¹⁴ до 10¹⁷ грамів. Цей діапазон фізики називають астероїдним, адже за масою такі об’єкти схожі на астероїди, хоча за густиною є типовими чорними дірами.
Об’єкти легші за 10¹⁴ г уже повністю випарувалися з часів Великого вибуху, а важчі за 10¹⁷ г випаровуються надто повільно, щоб давати помітний сигнал. Первинні чорні діри саме в цьому проміжку наближаються до кінця свого існування і випромінюють найінтенсивніше.
Цей механізм пов’язаний із випромінюванням Гокінга. Чорна діра випромінює теплові частинки й поступово втрачає масу, а що вона менша, то вища температура випромінювання. На фінальній стадії цей процес супроводжується сплеском гамма-квантів.
Аналіз фону
Щоб відокремити сигнал від первинних чорних дір, дослідники побудували модель позагалактичного гамма-фону і відняли вплив відомих джерел, а саме: блазарів і радіогалактик з активними ядрами, а також гамма-квантів, що виникають під час зіткнення космічних променів з інфрачервоним фоном Всесвіту.
Паралельно вони розробили програмний інструмент GammaPBHPlotter, що моделює випромінювання первинних чорних дір з урахуванням прямого випромінювання Гокінга, розпаду нестабільних частинок і анігіляції позитронів з електронами.
Подібний облік анігіляції позитронів у міжзоряному середовищі підсилює внесок у низькоенергетичну частину гамма-спектра і дає найточнішу серед усіх непрямих методів оцінку того, яку частку темної матерії можуть становити первинні чорні діри.
За розрахунками авторів, об’єкти з масою близько 10¹⁴ г не можуть становити більш як одну десятимільярдну частку спостережуваної темної матерії. Дещо вищий показник, максимум 6 %, отриманий для важчих об’єктів з масою близько 3×10¹⁶ г.
Дані й наступний крок
Суттєвим обмеженням дослідження є те, що доступні дані зібрані приладами гамма-телескопа EGRET (Energetic Gamma Ray Experiment Telescope) і телескопа комптонівського відображення COMPTEL (Imaging Compton Telescope) на борту обсерваторії Compton Gamma Ray Observatory, яку запустили 1991 року і звели з орбіти 2000-го. Новіших даних у цьому енергетичному діапазоні просто не існує. Саме тут пролягає так звана МеВ-прогалина в астрофізичних спостереженнях.
Закрити її здатні місії AMEGO-X (All-sky Medium Energy Gamma-ray Observatory eXplorer) і e-ASTROGAM, які досі не отримали фінансування від жодної великої космічної агенції. Обидві концепції розробляються технічно, і якщо їх схвалять, науковці зможуть перевірити, чи не зосереджена частина маси темної матерії у важчих первинних чорних дірах.
За матеріалами universetoday.com
