2016 februárjában a Lézer-interferométer Gravitációs Hullámok Megfigyelőközpontjában (LIGO) dolgozó tudósok története történt, amikor bejelentették a gravitációs hullámok első észlelését. Azóta több észlelésre is sor került, és az obszervatóriumok - például az Advanced LIGO és az Advanced Virgo - közötti tudományos együttműködés lehetővé tette a példátlan szintű érzékenységet és az adatok megosztását.
Ez az esemény nemcsak megerősítette az Einstein általános relativitáselméletének évszázados előrejelzését, hanem a csillagászat forradalmához vezetett. Felfedte néhány tudós reményét is, akik úgy gondolták, hogy a fekete lyukak tudják magyarázni az univerzum „hiányzó tömegét”. Sajnos az UC Berkeley fizikusok csoportjának egy új tanulmánya kimutatta, hogy a fekete lyukak nem a sötét anyag régóta keresett forrása.
A „Csillag-tömegű kompakt objektumok korlátai sötét anyagként az Ia típusú szupernovák gravitációs lencséjéből” című tanulmányuk nemrégiben jelent meg a Fizikai áttekintő levelek. A vizsgálatot Miguel Zumalacarregu, a Berkeley Kozmológiai Fizikai Központ (BCCP) Marie Curie globális munkatársa vezette, Uros Seljak támogatásával - a kozmológiai professzor és a BCCP társigazgatója.
Egyszerűen fogalmazva: a Dark Matter továbbra is az egyik legmegnehezíthetetlen és leginkább zavaró rejtély, amellyel a csillagászok szembesülnek. Annak ellenére, hogy az univerzum anyagának 84,5% -át teszi ki, az eddigiek felfedezésére tett minden kísérlet kudarcot vallott. Számos jelöltet javasoltak, kezdve az ultra könnyű részecskéktől (axiók) a gyengén interakcióban lévő masszív részecskékig (WIMPS) és a masszív, kompakt halogén objektumokig (MACHOs).
Ezeknek a jelölteknek a tömege 90-es sorrendben van, amelyet több teoretikus megpróbált megoldani azzal, hogy azt javasolta, hogy a sötét anyag többféle típusa létezhessen. Ehhez azonban eltérő magyarázatot igényelnek eredetükre, ami csak tovább bonyolítja a kozmológiai modelleket. Mint Miguel Zumalacárregui az UC Berkeley legutóbbi sajtóközleményében kifejtette:
El tudom képzelni, hogy ez kétféle fekete lyuk, nagyon nehéz és nagyon könnyű, vagy fekete lyukak és új részecskék. De ebben az esetben az egyik elem nagyságrenddel nehezebb, mint a másik, és összehasonlítható mennyiségben kell előállítani. Az asztrofizikai dolgoktól a valami igazán mikroszkopikus felé válnánk, talán még a legkönnyebb dolgot is az univerzumban, és ezt nagyon nehéz megmagyarázni. "
Vizsgálataik érdekében a csoport statisztikai elemzést végzett 740 felfedezett legszebb szupernóváról (2014-től kezdve) annak meghatározására, hogy valamelyiküket megnövelte-e vagy felderítette-e egy beavatkozó fekete lyuk. Ezt a jelenséget, amikor egy nagyobb tárgy gravitációs ereje nagyítja a távolabbi tárgyakból származó fényt, gravitációs lencsének nevezzük.
Alapvetõen, ha a fekete lyukak lennének az anyag domináns formája az univerzumban, akkor az elsõdleges fekete lyukak miatt a gravitációs nagyítású szupernóvák meglehetõsen gyakran fordulnak elõ. A fekete lyuk ezen hipotetikus formái úgy gondolják, hogy az első néhány milliszekundum alatt a Nagyrobbanás után kialakultak az Univerzum azon részein, ahol a tömeg tíz vagy száz napenergia-tömegre koncentrálódott, aminek eredményeként a legkorábbi fekete lyukak képződtek.
Ennek a fekete lyuk-populációnak a jelenléte, valamint a tömeges kompakt tárgyak jelenléte gravitációs módon meghajlik és megnövelné a Föld felé vezető távoli tárgyak fényét. Ez különösen igaz az Ia típusú távoli szupernóvákra, amelyeket a csillagászok évtizedek óta használnak szokásos fényerő-forrásként a kozmikus távolságok és az Univerzum tágulási sebességének mérésére.
A 740 szupernóva - 580 az Unióban és 740 a Közös fény-görbe elemzés (JLA) katalógusokban - összetett statisztikai elemzésének elvégzése után a csoport arra a következtetésre jutott, hogy a szupernovák nyolcjának világosabbnak kell lennie egy néhány tized százalék, mint amit történelmileg megfigyeltek. Ilyen fényerőt azonban nem észleltek, még akkor sem, ha az alacsony tömegű fekete lyukakat figyelembe vették.
"Nem láthatod ezt a hatást egy szupernóván, de ha összerakod őket és elvégez egy teljes Bayes-analízist, akkor nagyon erőteljes korlátokat fognak kezdeni a sötét anyaggal kapcsolatban, mivel minden szupernóva számít, és ilyen sokuk van" - mondta Zumalacárregui.
Elemzésük alapján arra a következtetésre jutottak, hogy a fekete lyukak az univerzum sötét anyagának csak körülbelül 40% -át tehetik ki. Miután 1048 még ragyogóbb szupernóvát tartalmazott a Pantheon katalógusból (és nagyobb távolságra), a megszorítások még szigorúbbak lettek. Ezzel a második adatkészlettel még alsó felső határt kaptunk - 23% -ot -, mint az eredeti elemzésükben.
Ezek az eredmények azt sugallják, hogy a Világegyetem sötét anyagának egyik sem áll nehéz fekete lyukakból vagy hasonló masszív tárgyakból, mint például a MACHOs. "Visszatérünk a szokásos megbeszélésekhez" - mondta Seljak. - Mi a sötét anyag? Valójában kifogynak a jó lehetőségek. Ez kihívás a jövő generációi számára. ”
Ez a tanulmány a Seljak által az 1990-es évek végén végzett korábbi kutatásokon alapult, amikor a tudósok a MACHO-kat és más hatalmas tárgyakat fontolóra vették a sötét anyag lehetséges forrásaként. A vizsgálatot azonban korlátozta annak a ténynek köszönhető, hogy csak kis számú távoli Ia típusú szupernovát fedeztek fel, vagy hogy távolságukat az idő szerint meghatározták.
Ezenkívül a Sötét Anyag keresése röviddel ezután a nagy tárgyaktól az alapvető részecskékig (például a WIMP-kig) váltott. Ennek eredményeként a vizsgált nyomon követési tervek nem valósultak meg. De a LIGO gravitációs hullámok megfigyeléseinek köszönhetően ismét felmerült a fekete lyukak és a sötét anyag közötti kapcsolat, és Seljak és Zumalacárregui inspirálta elemzésüket.
"Érdekes volt, hogy a LIGO rendezvényen a fekete lyukak tömege ott volt, ahol a fekete lyukakat még nem zárják ki sötét anyagnak" - mondta Seljak. “Ez egy érdekes véletlenszerűség volt, amely mindenkit izgatott volt. De ez véletlen volt.
A sötét anyag elméletét az 1970-es években, a „relativitás aranykorában” hivatalosan elfogadták, hogy figyelembe vegyék az Univerzumban látható tárgyak látszólagos tömege és megfigyelt gravitációs hatásaik közötti különbségeket. Úgy tűnik, hogy fél évszázaddal később még mindig megpróbáljuk megtalálni ezt a titokzatos, láthatatlan tömeget. De minden tanulmánnyal további korlátokat szabnak a Sötét Anyagra, és megszüntetik a lehetséges jelölteket.
Adott időben felszabadíthatjuk ezt a kozmológiai rejtélyt, és egy lépéssel közelebb lehetünk ahhoz, hogy megértsük, hogyan alakult és fejlődött az Univerzum.
