Onko tumma aine tehty mustista aukoista?

Taiteilijan käsitys alkuperäisistä mustista aukoista, kauttaNASA.

Nykyaikaiset tähtitieteilijät uskovat, että merkittävä osa maailmankaikkeudestamme on pimeän aineen muodossa. Kuten kaikki aineet, tumma aine näyttää vetävän gravitaatiota, mutta sitä ei voi nähdä. Jos se on olemassa, se ei säteile valoa eikä muuta tutkijoiden havaitsemaa säteilyä. Tutkijat ovat suosineet teoreettisia mallejaeksoottisia massiivisia hiukkasiaselittää pimeää ainetta, mutta toistaiseksi ei ole havainnollista näyttöä siitä, että näin on. 24. toukokuuta 2016 NASA ilmoitti uudesta tutkimuksesta, joka tukee ajatusta vaihtoehtoisesta hypoteesista: pimeä aine voi koostua mustista aukoista.

NASA Goddardin astrofyysikko Alexander Kashlinsky johti uutta tutkimusta, jokahän sanoiOn:

… Pyrkimys koota yhteen laaja joukko ideoita ja havaintoja testatakseen, kuinka hyvin ne sopivat ja sopivuus on yllättävän hyvä. Jos tämä on oikein, kaikki galaksit, myös meidän galaksimme, on upotettu valtavaan mustareikään, joka on noin 30 kertaa auringon massa.

On olemassa useita tapoja muodostaa mustia aukkoja, mutta ne kaikki sisältävät suuria aineen tiheyksiä. Kashlinskyn tutkimuksen mustia aukkoja kutsutaanalkuperäiset takareiät, luultiin muodostuneen sekunnin ensimmäisessä murto -osassa alkuräjähdyksen jälkeen, kun paineet ja lämpötilat olivat erittäin korkeat. Tänä aikana pienet vaihtelut aineen tiheydessä ovat saattaneet varhaiseen maailmankaikkeuteen mustia aukkoja, ja jos näin on, maailmankaikkeuden laajentuessa, nämä alkukantaiset mustat aukot olisivat pysyneet vakaina ja olemassa meidän aikanamme.

Kashlinsky viittaa uudessa artikkelissaan kahteen ensisijaiseen näyttöön siitä, että nämä mustat aukot voivat selittää puuttuvan pimeän aineen, jonka uskotaan läpäisevän maailmankaikkeutemme. Hänenlausuntoselittää tämän ajatuksen:

… Vastaa tietämystämme kosmisista infrapuna- ja röntgensäteilyhehkuista ja voi selittää odottamattoman suuret sulautuvien mustien aukkojen massat viime vuonna [LIGO].

Vasemmalla: Tämä NASAn Spitzer -avaruusteleskoopin kuva näyttää infrapunakuvan Ursa Majorin tähdistön taivaan alueesta. Oikea: Kun kaikki tunnetut tähdet, galaksit ja esineet on peitetty ja tehostettu, on jäljellä epäsäännöllinen taustavalo. Tämä on kosminen infrapuna -tausta (CIB); vaaleammat värit osoittavat kirkkaampia alueita. Kuva kauttaNASA/JPL-Caltech/A. Kashlinsky (Goddard)

Ensimmäinen todisteiden rivi onliiallinen epätäydellisyyshavaittuun infrapunavalon taustavaloon.

Vuonna 2005 Kashlinsky johti tähtitieteilijäryhmää, joka käytti NASA: taSpitzer -avaruusteleskooppitutkia tätä infrapuna -taustavaloa yhdessä taivaan osassa. Hänen tiiminsä totesi, että havaittu epätäydellisyys johtui todennäköisesti ensimmäisten lähteiden kokonaisvalosta, joka valaisi maailmankaikkeutta yli 13 miljardia vuotta sitten. Sitten herää kysymys ... mitkä olivat nämä ensimmäiset lähteet? Oliko niiden joukossa alkukantaisia ​​mustia aukkoja?

Seurantatutkimuksetvahvistettuettä tämä kosminen infrapuna -tausta (CIB) osoitti samanlaista odottamatonta epätäydellisyyttä muualla taivaalla. Sitten vuonna 2013 tutkimuksessa verrattiin, mitenkosminen röntgenkuvaverrattuna taivaan saman alueen infrapuna -taustaan. Kashlinksyn lausunnossa sanottiin:

… Matalan energian röntgensäteiden epäsäännöllinen hehku [kosmisen röntgentaustan] vastasi [infrapuna-taustan] epätäydellisyyttä varsin hyvin. Ainoa tiedettävä kohde, joka voi olla riittävän valoisa tällä laajalla energia -alueella, on musta aukko.

Vuoden 2013 tutkimuksessa pääteltiin, että alkukantaisia ​​mustia aukkoja on täytynyt olla runsaasti varhaisimpien tähtien joukossa, ja ne muodostavat vähintään noin joka viidennen kosmisen infrapunataustan lähteen.

Siirry nyt eteenpäin 14. syyskuuta 2015 ja Kashlinskyn toinen todisteiden rivi siitä, että alkukantaiset mustat aukot muodostavat pimeän aineen. Tämä päivämäärä-joka on nyt merkitty tieteen historiaan-on silloin, kun tutkijat Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) -laitoksessa Hanfordissa, Washingtonissa ja Livingstonissa, Louisiana, tekivät ensimmäistä kertaa erittäin jännittävänpainovoima -aaltojen havaitseminen. Parin sulautuvia mustia aukkoja 1,3 miljardin valovuoden etäisyydellä uskotaan tuottaneen LIGOn viime syyskuun 14. päivänä havaitsemat aallot. Aallot ovat aika-aallon väreitä, jotka liikkuvat valon nopeudella.

Sen lisäksi, että se oli ensimmäinen gravitaatioaaltojen havaitseminen ja olettaen, että LIGO-tapahtuma on tulkittu oikein, tämä tapahtuma merkitsi myös ensimmäistä mustaa aukkoa. Sellaisena se antoi tiedemiehille tietoa yksittäisten mustien aukkojen massoista, jotka olivat 29 ja 36 kertaa auringon massa, plus tai miinus noin neljä auringon massaa.

Kashlinsky huomautti uudessa tutkimuksessaan, että näiden uskotaan olevan alkuperäisten mustien aukkojen likimääräiset massat. Itse asiassa hän ehdottaa, että se, mitä LIGO olisi voinut havaita, oli alkuperäisten mustien aukkojen sulautuminen.

Alkuperäiset mustat aukot, jos niitä on, voivat olla samanlaisia ​​kuin LIGO -tiimin vuonna 2015 havaitsemat sulautuvat mustat aukot. Tämä tietokonesimulaatio näyttää hidastettuna, miltä tämä sulautuminen olisi näyttänyt läheltä. Einsteinin rengas, jota kutsutaan mustien reikien ympärille, syntyy kaikista tähdistä pienellä alueella suoraan reikien takana, joiden valoa gravitaatiolinssi vääristää. LIGOn havaitsemia painovoima -aaltoja ei näytetä tässä videossa, vaikka niiden vaikutukset näkyvät Einsteinin renkaassa. Mustien aukkojen taakse kulkevat painovoima -aallot häiritsevät Einstein -renkaan muodostavia tähtikuvia ja saavat ne liukumaan renkaaseen vielä pitkään sulautumisen jälkeen. Muihin suuntiin kulkevat painovoima-aallot aiheuttavat heikompaa, lyhyemmän elinajan lohkeilua kaikkialla Einsteinin renkaan ulkopuolella. Jos elokuva toistetaan reaaliajassa, se kestää noin kolmanneksen sekunnista. Kuva SXS -objektiivin kautta.

Uudessa artikkelissaan, joka julkaistiin 24. toukokuuta 2016Astrophysical Journal Letters, Kashlinsky analysoi, mitä olisi voinut tapahtua, jos pimeä aine koostuisi LIGOn havaitsemien kaltaisten mustien aukkojen populaatiosta. Hänen lausuntonsa päätti:

Mustat aukot vääristävät massan jakautumista varhaisessa maailmankaikkeudessa ja lisäävät pienen heilahtelun, jolla on seurauksia satoja miljoonia vuosia myöhemmin, kun ensimmäiset tähdet alkavat muodostua.

Suuri osa maailmankaikkeuden ensimmäisistä 500 miljoonasta vuodesta normaaliaine pysyi liian kuumana sulautuakseen ensimmäisiin tähtiin. Korkea lämpötila ei vaikuttanut pimeään aineeseen, koska se luonteeltaan riippumatta vaikuttaa ensisijaisesti painovoiman kautta. Keskinäisen vetovoiman avulla koottu tumma aine romahti ensin möhkäleiksi, joita kutsuttiin minihaloeiksi, jotka antoivat painovoimaisen siemenen, joka mahdollisti normaalin aineen kerääntymisen. Kuuma kaasu romahti kohti minihalogeja, minkä seurauksena kaasutaskut olivat riittävän tiheitä romahtamaan edelleen yksinään ensimmäisiin tähtiin. [Tiimimme] osoittaa, että jos mustilla aukoilla on osansa pimeässä aineessa, tämä prosessi tapahtuu nopeammin ja tuottaa helposti Spitzerin tiedoista havaitun [infrapuna -taustan] kimmoisuuden, vaikka vain pieni osa minihalogeista onnistuisi tuottamaan tähtiä.

Kun kosminen kaasu putosi minihalooseihin, myös niiden muodostavat mustat aukot sieppaavat luonnollisesti osan siitä. Mustaan ​​aukkoon laskeva aine kuumenee ja tuottaa lopulta röntgensäteitä. Yhdessä ensimmäisten tähtien infrapunavalo ja pimeän aineen mustiin aukkoihin putoavan kaasun röntgensäteet voivat selittää havaitun sopimuksen [infrapuna-taustan] ja [kosmisen röntgenkuvan] välillä.

Joskus jotkut alkukantaiset mustat aukot kulkevat riittävän lähelle, jotta ne voidaan ottaa gravitaation avulla binaarijärjestelmiin. Kunkin näiden binaaritulosten mustat aukot lähettävät pitkiä aikoja painovoimasäteilyä, menettävät kiertoradan energiaa ja kiertävät sisäänpäin ja lopulta sulautuvat suuremmiksi mustiksi aukoiksi, kuten LIGO havaitsi.

Lue lisää Kashlinskyn uudesta NASA: n tutkimuksesta

Nautitko ForVM: stä? Tilaa ilmainen päivittäinen uutiskirjeemme tänään!

Bottom line: NASA ilmoitti 24. toukokuuta 2016 NASA Goddardin astrofysiikan Alexander Kashlinskyn uudesta tutkimuksesta, joka tukee ajatusta siitä, että pimeä aine koostuu mustista aukoista.