Исследование японских ученых пошатнуло теорию Стивена Хокинга о темной материи

Одна из самых известных теорий Стивена Хокинга о темной материи сильно пошатнулась после публикации результатов японской команды астрофизиков под руководством Масахиро Такада из Физико-математического института Вселенной в Кавли, сообщает Live Science. Покинувший этот мир в прошлом году известный физик считал, что эта таинственная и невидимая субстанция состоит из первичных черных дыр, появившихся сразу после Большого взрыва. Японские ученые с помощью телескопа Subaru провели эксперимент, результаты которого хоть и не опровергают полностью теорию Хокинга, но допускают, что эти черные дыры должны быть действительно крошечными, чтобы объяснить природу темной материи.

Темная материя – это термин, которым физики прозвали загадочную субстанцию, которая, по их мнению, могла бы объяснить один интересный факт: во Вселенной все движется и вращается так, как если бы в ней находилось больше массы, чем мы способны обнаружить. Разные ученые в разное время пытались приписать свойства так называемой темной материи разным объектам. В 1970-х годах Стивен Хокинг и его коллеги предположили, что Большой взрыв мог создать большое количество относительно маленьких черных дыр — каждая размером с протон. Эти крошечные небесные тела трудно увидеть, но они будут оказывать сильное гравитационное воздействие на другие объекты — два известных свойства темной материи.

До сих пор эту теорию можно было проверить только на первичные черные дыры, масса которых больше лунной. Но с развитием технологий ученые смогли получать все более и более четкие снимки космического пространства. Для своего нового исследования группа японских астрономов использовала камеру Hyper Suprime-Cam (HSC), установленную на телескопе Subaru, расположенного на Гавайях. С ее помощью они сделали снимки всей Андромеды, ближайшей к нам галактики, пытаясь найти эти маленькие объекты. Результат их работы опубликован в журнале Nature Astronomy.

Черные дыры не излучают света, однако сверхмассивные черные дыры, как та, что находится в центре галактики M87, фотографию которой ученые недавно получили, окружены яркими аккреционными дисками из горячей материи. Но поскольку первичные дыры по размерам в миллиарды раз меньше и не имеют видимой окружающей их светящейся материи, то найти их можно только благодаря наблюдению за создаваемыми ими мощными гравитационными полями, вызывающими искажение излучения соседних объектов. Это явление называют микролинзированием.

Телескопы способны обнаруживать микролинзы черных дыр с помощью продолжительной съемки звезд. Когда черная дары проходит перед точкой наблюдения и звездой, она искажает свет светила, заставляя его «вспыхивать». Чем меньше черная дыра, тем быстрее происходит эта вспышка.

«Если объект, создающий микролинзу, обладает, скажем, одной солнечной массой, то масштаб времени (продолжительность вспышки) будет составлять от нескольких месяцев до года», — объясняет Масахиро Такада из Физико-математического института Вселенной в Кавли.

Однако первичные дыры, которые искала японская команда, обладают лишь частью этой массы – она приблизительно равна массе нашей Луны. Это означает, что наблюдаемые вспышки должны быть гораздо короче.

Такада называет камеру HSC уникальной, поскольку с помощью нее ученые смогли за раз получить изображения всех звезд галактики Андромеда с минимальной выдержкой около 2 минут. В общей сложности астрономы смогли получить около 200 снимков Андромеды за 7 часов ясной ночи. В итоге они обнаружили только одно предполагаемое событие микролинзирования. По словам Такады, если на первичные черные дыры приходится значительная доля темной материи, то они должны были увидеть около 1000 сигналов микролинзирования.

«Микролинзирование – это золотой стандарт технологий для поиска черных дыр», — говорит физик Симеон Бёрд из Калифорнийского университета, занимающийся изучением черных дыр, но не принимавший участия в последнем исследовании.

«Работа японских ученых позволяет исключить первичные черные дыры в качестве основного источника темной материи».

Означает ли это, что теория Хокинга была полностью опровергнута? Такада и Бёрд не спешат с окончательными выводами. По их словам, полученные результаты еще не могут полностью исключить существование первичных черных дыр, поскольку из-за их маленькой массы, вспышки их сигналов были бы слишком короткими, чтобы успеть их зафиксировать. По мнению исследователей, необходимо разработать новые инструменты, которые позволили бы их обнаружить.

В то же время ученые отмечают, что обнаружение даже одного такого сигнала может иметь решающее значение для последующих исследований, которые станут революционной проверкой некоторых теорий Хокинга.

«Всего лишь одно проведенное наблюдение не может нас в чем-то убедить. Необходимо провести дополнительные. Если этот сигнал действительно являлся сигналом первичной черной дыры, мы должны продолжить поиски ее родственников», — заключает Такада.

Источник