Несмотря на то, что многомиллиардные поиски частиц темной материи не принесли результатов, в последние годы все большую популярность приобретает гипотеза о том, что «невидимую материю» формируют черные дыры. Однако, согласно новому исследованию, эта версия неверна, что порождает множество новых вопросов.
Значительную часть массы Вселенной составляет невидимая темная материя. Существование этой материи стало известно астрономам после того, как было установлено, что скорости вращения краев галактических дисков повсеместно сопоставимы со скоростями вращения их центральных областей. С точки зрения гравитации это кажется невозможным: например, планеты Солнечной системы вращаются с меньшей скоростью по мере удаления от Солнца. Если бы это не было так, то, вероятно, скорости вращения краев галактических дисков были бы обусловлены наличием огромной невидимой массы. В начале XXI века наиболее вероятными кандидатами на эту роль считались вимпы и другие гипотетические частицы.
Наблюдения, сделанные в последние годы, указывают на то, что темная материя не может быть представлена частицами. В противном случае, при взаимодействии галактических скоплений возникло бы трение, что привело бы к существенному замедлению этих скоплений при столкновениях. Однако, на деле, такого замедления не фиксируется (например, в скоплении галактик Пуля). Кроме того, десятилетние поиски вимпов на различных ускорителях, включая Большой адронный коллайдер, не принесли ожидаемых результатов.
Поэтому, как ранее отмечал Naked Science представило альтернативное объяснение проблемы темной материи. Согласно мнению сторонников этой теории, она может состоять из черных дыр, объединенных в плотные шаровые скопления, практически не содержащие звезд отмечает в своих работах физик Николай Горькавый, указывают данные гравитационно-волновой обсерватории LIGO, с 2015 года обнаружившей волны от слияния как минимум 90 черных дыр умеренной массы. Десять слияний в год только в окрестностях Земли — очень большая величина, которую нельзя объяснить без высокой концентрации во Вселенной пока не найденных астрономами черных дыр.
В новой научной работе, вышедшей в журнале Nature (полный текст), польские астрономы предприняли попытку опровергнуть концепцию, согласно которой темная материя преимущественно состоит из черных дыр. Практически одновременно проводилось аналогичное исследование опубликовали в The Astrophysical Journal Supplement Series.
Для создания новых исследований авторы опирались на данные наблюдений гравитационного микролинзирования. Этот эффект заключается в искажении фоновых объектов, возникающем в момент, когда массивный объект, такой как черная дыра, проходит между ними и Землей. В ходе работы ученые проанализировали информацию, полученную за последние двадцать лет, касающуюся более чем 76 миллионов звезд, составляющих около 1% от общего числа звезд в галактике Большое Магелланово Облако.
После этого ученые определили, какое количество микролинзирующих событий было бы зафиксировано астрономами, если бы черные дыры различной массы были равномерно распределены за пределами диска нашей Галактики. Согласно их расчетам, если бы вся темная материя состояла из черных дыр массой в 10 масс Солнца, то в наблюдениях можно было бы обнаружить 258 микролинзирующих событий. В то время как при наличии черных дыр массой в 100 масс Солнца, количество зафиксированных «микролинз» составило бы 99.
На практике автоматизированный и ручной поиск выявили лишь 13 микролинзирующих событий, что составляет менее одного события на каждые пять миллионов отслеживаемых звезд. Этот показатель крайне низок и, согласно теоретическим расчетам, может быть объяснен наличием обычных звезд, расположенных в Млечном Пути и Большом Магеллановом Облаке.
В этой связи ученые предполагают, что сверхмассивные черные дыры (подразумевается объекты с массой, равной или превышающей 10 масс Солнца) не могут составлять более нескольких процентов от общей массы темной материи во Вселенной. Даже если учитывать черные дыры с массой до 860 солнечных, их вклад в темную материю не превысит 10%. Крупные черные дыры также не могут быть значимым источником темной материи.
Авторы ограничились рассмотрением черных дыр, расположенных равномерно вокруг галактик, – гипотезой, которая возникла много лет назад и сейчас выглядит устаревшей. При этом ученые не обратились к другим, весьма распространенным теориям, упомянутым ранее: о том, что темная материя представляет собой плотные скопления черных дыр.
В результате этого число микролинзирующих событий, вероятно, будет невелико. Поскольку подобные скопления формируются из тысячи и десятков тысяч цефеид, количество «микролинз» в выборке, изученной астрономами, может составлять всего несколько единиц.
Ранее в 2024 году уже публиковались сведения об обнаружении шарового скопления, практически не содержащего звезд, однако обладающего значительной массой. Имеется в виду Большой Медведице III — объект представляет собой скопление из 60 звезд с общей массой, равной 16 солнечных. Его полная масса не меньше 74 000 солнечных, что свидетельствует о значительном влиянии темной материи на его состав. Астрономы-наблюдатели, как правило, не знакомы с современными теориями о природе темной материи, поэтому классифицировали этот объект как карликовую галактику. В рамках гипотезы вимпов, обычные шаровые скопления не могут обладать гало из темной материи.