|
НАСА будет искать первичные черные дыры
|
|
|
|
Астрономы обнаружили черные дыры массой от нескольких масс Солнца до десятков миллиардов. Теперь группа ученых предсказала, что космический телескоп НАСА "Нэнси Грейс Роман" может обнаружить класс "легких как перышко" черных дыр, которые до сих пор не были обнаружены. Сегодня черные дыры образуются либо при коллапсе массивной звезды, либо при слиянии тяжелых объектов. Однако ученые подозревают, что "первичные" черные дыры меньшего размера, в том числе с массой, близкой к Земной, могли образоваться в первые хаотические моменты ранней Вселенной. "Обнаружение популяции первичных черных дыр массой с Землю стало бы невероятным шагом как для астрономии, так и для физики элементарных частиц, потому что эти объекты не могут образоваться в результате какого-либо известного физического процесса", - сказал Уильям Дерокко, научный сотрудник Калифорнийского университета в Санта-Крузе, который руководил исследованием того, как Роман мог бы их обнаружить. Статья, описывающая результаты, была опубликована в журнале Physical Review D. "Если мы их найдем, это потрясет область теоретической физики".
|
|
|
|
Самые маленькие черные дыры, которые образуются в настоящее время, рождаются, когда у массивной звезды заканчивается топливо. Ее внешнее давление уменьшается по мере того, как прекращается ядерный синтез, поэтому внутреннее гравитационное притяжение побеждает в перетягивании каната. Звезда сжимается и может стать настолько плотной, что превратится в черную дыру. Но для этого требуется минимальная масса, по крайней мере, в восемь раз превышающая массу нашего Солнца. Более легкие звезды станут либо белыми карликами, либо нейтронными звездами. Однако условия, существовавшие в очень ранней Вселенной, могли способствовать образованию гораздо более легких черных дыр. У черной дыры массой с Землю был бы горизонт событий - точка невозврата для падающих объектов - шириной примерно с десятицентовую монету США. Ученые полагают, что в момент зарождения Вселенной она пережила короткую, но интенсивную фазу, известную как инфляция, когда пространство расширялось быстрее скорости света. В этих особых условиях области, которые были плотнее, чем их окружение, могли сжаться, образовав первичные черные дыры малой массы. Хотя теория предсказывает, что самые маленькие из них должны испариться до того, как Вселенная достигнет своего нынешнего возраста, те, что имеют массу, подобную Земной, могли бы выжить.
|
|
|
Открытие этих крошечных объектов оказало бы огромное влияние на физику и астрономию. "Это повлияло бы на все - от формирования галактик до содержания темной материи во Вселенной и космической истории", - сказал Кайлаш Саху, астроном из Научного института космического телескопа в Балтиморе, который не принимал участия в исследовании. "Подтверждение их идентичности будет сложной работой, и астрономам потребуется немало усилий, чтобы убедить нас, но оно того стоит". Наблюдения уже выявили признаки того, что такие объекты могут скрываться в нашей галактике. Первичные черные дыры были бы невидимы, но складки в пространстве-времени помогли выявить некоторых возможных подозреваемых. Микролинзирование - это наблюдаемый эффект, возникающий из-за того, что наличие массы деформирует структуру пространства-времени, подобно отпечатку, который оставляет шар для боулинга, когда его опускают на батут. Каждый раз, когда с нашей точки зрения кажется, что промежуточный объект дрейфует вблизи фоновой звезды, свет звезды должен пересекать искривленное пространство-время вокруг объекта. При особенно близком расположении объект может действовать как естественная линза, фокусируя и усиливая свет звезды на заднем плане.
|
|
|
|
Отдельные группы астрономов, используя данные MOA (Наблюдения за микролинзированием в астрофизике) - коллаборации, которая проводит наблюдения за микролинзированием с использованием обсерватории Университета Маунт-Джон в Новой Зеландии - и OGLE (эксперимент по оптическому гравитационному линзированию), обнаружили неожиданно большое количество изолированных объектов земной массы. Теории формирования и эволюции планет предсказывают определенные массы и обилие планет-изгоев - миров, блуждающих по галактике, не привязанных к звезде. Наблюдения MOA и OGLE показывают, что в галактике дрейфует больше объектов массой с Землю, чем предсказывают модели. "Невозможно отличить черные дыры массой с Землю от планет-изгоев в каждом конкретном случае", - сказал Дерокко. Но ученые ожидают, что Roman обнаружит в 10 раз больше объектов в этом диапазоне масс, чем наземные телескопы. "Роман будет чрезвычайно эффективен в проведении статистической разницы между ними".
|
|
|
|
Дерокко предпринял попытку определить, сколько планет-изгоев должно быть в этом диапазоне масс и сколько первичных черных дыр Роман мог бы различить среди них. Обнаружение первичных черных дыр позволило бы получить новую информацию о самой ранней Вселенной и убедительно свидетельствовало бы о том, что ранний период инфляции действительно имел место. Это также могло бы объяснить небольшой процент таинственной темной материи, которая, по словам ученых, составляет основную массу нашей Вселенной, но которую до сих пор не удалось идентифицировать. "Это захватывающий пример того, что ученые могут сделать с данными, которые Roman уже собирается получить в ходе поиска планет", - сказал Саху. "И результаты будут интересны независимо от того, найдут ли ученые доказательства существования черных дыр массой с Землю или нет. В любом случае это укрепило бы наше понимание Вселенной".
|
|
|
|
Источник
|
