Первинні чорні діри становлять малу частку темної матерії Всесвіту

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.

Карта гамма-променевого неба за даними телескопа Fermi Large Area Telescope
Карта гамма-променевого неба, отримана за допомогою високоапертурного телескопа Fermi (Fermi Large Area Telescope). Авторство: NASA / DOE / Fermi LAT Collaboration

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.

Сподобався контент? Підписуйся на нашу спільноту і отримуй більше про космос Друковані журнали, події та спілкування у колі космічних ентузіастів Підписатися на спільноту

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

Новини інших медіа
Чорні діри постійно поглинають одна одну для виживання
Прихована загроза у космосі: як виявити супутник із ядерною зброєю
Космічні самітники виявились попередниками зоряних систем
Нейтрино можуть народжуватися всередині загадкових червоних точок
Ядерну батарею для супутників вперше випробовують у космосі
В архівах TESS вперше виявили планету методом мікролінзування
Космічний апарат NASA New Horizons успішно вийшов із найдовшої гібернації та перебуває у справному стані
Вибухи феєрверків на День незалежності у США помітили з борту МКС
Відставка після тріумфу Artemis II: Джеремі Гансен залишає загін астронавтів
Найбільша пара чорних дір утворила гігантську порожнечу