Vo februári 2016 vedci pracujúci pre Gravitačné vlnové observatórium laserových interferónov (LIGO) urobili históriu, keď oznámili vôbec prvú detekciu gravitačných vĺn. Odvtedy došlo k viacerým detekciám a vedecká spolupráca medzi observatóriami - napríklad Advanced LIGO a Advanced Virgo - umožňujú bezprecedentnú úroveň citlivosti a zdieľania údajov.
Táto udalosť nielen potvrdila storočnú predpoveď, ktorú vytvorila Einsteinova teória všeobecnej relativity, ale viedla aj k revolúcii v astronómii. Vyvolalo to tiež nádeje niektorých vedcov, ktorí verili, že čierne diery môžu zodpovedať za „chýbajúcu masu“ vesmíru. Nová štúdia tímu fyzikov UC Berkeley, nanešťastie ukázala, že čierne diery nie sú dlho vyhľadávaným zdrojom temnej hmoty.
Ich štúdia „Hranice kompaktných objektov hviezdnych hmôt ako temná hmota z gravitačného objektívu supernov typu Ia“ sa nedávno objavila v Listy o fyzickom preskúmaní, Štúdiu viedla Miguel Zumalacarregu, globálna členka Marie Curie v Berkeleyovom centre pre kozmologickú fyziku (BCCP), s podporou Urosa Seljaka - profesora kozmológie a spolu-riaditeľa BCCP.
Zjednodušene povedané, temná hmota zostáva jedným z najviac nepolapiteľných a najnepríjemnejších záhad, ktorým dnes astronómovia čelia. Napriek tomu, že zahŕňa 84,5% hmoty vo vesmíre, všetky pokusy o jej odhalenie doteraz zlyhali. Bolo navrhnutých veľa kandidátov, od ultraľahkých častíc (axionov) po slabé interakcie masívnych častíc (WIMPS) a masívnych kompaktných halo objektov (MACHO).
Títo kandidáti sa však pohybujú v rozmedzí rádov 90, ktoré sa niekoľko teoretikov pokúsilo vyriešiť tým, že navrhli, aby existovalo viac druhov temnej hmoty. Vyžadovalo by si to však rôzne vysvetlenia ich pôvodu, čo by ešte viac komplikovalo kozmologické modely. Ako Miguel Zumalacárregui vysvetlil v nedávnej tlačovej správe UC Berkeley:
„Viem si predstaviť, že ide o dva typy čiernych dier, veľmi ťažké a veľmi ľahké, alebo čierne diery a nové častice. V takom prípade je však jedna zo zložiek rádovo vyššia ako druhá a musí sa vyrábať v porovnateľnom množstve. Prechádzali by sme z niečoho astrofyzikálneho na niečo, čo je skutočne mikroskopické, možno dokonca najľahšia vec vo vesmíre, a to by bolo veľmi ťažké vysvetliť. “
Kvôli štúdiu tím vykonal štatistickú analýzu 740 najjasnejších supernov objavených (od roku 2014) s cieľom zistiť, či bola niektorá z nich zväčšená alebo rozjasnená prítomnosťou zasahujúcej čiernej diery. Tento jav, kde gravitačná sila veľkého objektu zväčšuje svetlo prichádzajúce zo vzdialenejších objektov, sa nazýva „gravitačné šošovka“.
V zásade, ak by čierne diery boli dominantnou formou hmoty vo vesmíre, potom by sa gravitačne zväčšené supernovy vyskytovali pomerne často kvôli pravekým čiernym dieram. Predpokladá sa, že tieto hypotetické formy čiernych dier sa vytvorili v priebehu niekoľkých prvých milisekúnd po Veľkom tresku v častiach vesmíru, kde sa hmota sústreďovala na desiatky alebo stovky slnečných hmôt, čo spôsobilo vznik najskorších čiernych dier.
Prítomnosť tejto populácie čiernych dier, ako aj akýchkoľvek masívnych kompaktných objektov, by gravitačne ohýbala a zväčšovala svetlo zo vzdialených objektov na jej ceste k Zemi. Toto by platilo najmä pre vzdialené supernovy typu I, ktoré astronómovia používajú už desaťročia ako štandardný zdroj jasu na meranie kozmických vzdialeností a rýchlosť, akou sa vesmír rozširuje.
Po vykonaní komplexnej štatistickej analýzy údajov o jasu a vzdialenosti 740 supernov - 580 v Únii a 740 v katalógoch Spoločnej analýzy svetelných kriviek (JLA) - tím dospel k záveru, že osem supernov by malo byť jasnejších niekoľko desatín percenta, ako sa historicky pozorovalo. Nebolo však zistené žiadne takéto zjasnenie, a to ani vtedy, keď sa do nich započítali čierne diery s nízkou hmotnosťou.
"Tento efekt nevidíte na jednej supernove, ale keď ich všetky spojíte a urobíte úplnú Bayesovskú analýzu, začnete klásť veľmi silné obmedzenia na temnú hmotu, pretože každá supernova sa počíta a máte ich toľko," povedal Zumalacárregui.
Z ich analýzy vyvodili záver, že čierne diery môžu tvoriť najviac asi 40% tmavej hmoty vo vesmíre. Po zahrnutí 1 048 jasnejších supernov z katalógu Panteónu (a na väčšie vzdialenosti) sa obmedzenia ešte sprísnili. S týmto druhým súborom údajov získali ešte hornú hornú hranicu - 23% - ako v pôvodnej analýze.
Tieto výsledky naznačujú, že žiadna z temných hmôt vesmíru pozostáva z ťažkých čiernych dier alebo akýchkoľvek podobne veľkých objektov, ako sú MACHO. "Sme späť k štandardným diskusiám," povedal Seljak. „Čo je temná hmota? Skutočne nám dôjdu dobré možnosti. Je to výzva pre budúce generácie. “
Táto štúdia bola založená na predchádzajúcom výskume, ktorý uskutočnil Seljak na konci 90. rokov, keď vedci považovali MACHO a iné masívne objekty za možný zdroj temnej hmoty. Štúdia však bola obmedzená v dôsledku skutočnosti, že v tom čase bolo objavených alebo bolo zmeraných ich vzdialeností iba malý počet vzdialených supernov typu Ia.
Okrem toho sa vyhľadávanie temnej hmoty krátko nato presunulo z veľkých objektov na základné častice (napríklad WIMP). Výsledkom je, že sa neuskutočnili plány na následné sledovanie. Ale vďaka pozorovaniam gravitačných vĺn LIGO sa znovu objavilo možné spojenie medzi čiernymi dierami a temnou hmotou a inšpirovalo Seljak a Zumalacárregui k uskutočneniu ich analýzy.
„Zaujímavé je, že masy čiernych dier v prípade LIGO boli presne tam, kde ešte neboli vylúčené čierne diery ako temná hmota,“ povedal Seljak. „Bola to zaujímavá náhoda, ktorá každého nadchla. Bola to však náhoda. “
Teória temnej hmoty bola oficiálne prijatá v 70. rokoch 20. storočia, počas „Zlatého veku relativity“, aby sa zohľadnili rozdiely medzi zjavnou hmotou predmetov vo vesmíre a ich pozorovanými gravitačnými účinkami. Zdá sa, že o pol storočia neskôr sa stále snažíme vystopovať túto záhadnú, neviditeľnú omšu. S každou štúdiou sú však na Temnú hmotu kladené ďalšie obmedzenia a vylúčení prípadní kandidáti.
Keď budeme mať čas, môžeme len odomknúť toto kozmologické tajomstvo a byť o krok bližšie k pochopeniu toho, ako sa vesmír vyvíjal a vyvíjal.
