|
Новый способ обнаружения первичных черных дыр
|
|
|
|
Ученые, возможно, нашли новый способ обнаружения некоторых из самых загадочных объектов Вселенной - первичных черных дыр (PBH) - с помощью излучения Хокинга. Этот новаторский подход основан на наблюдении за их радиационными признаками, когда они проходят через Солнечную систему. Этот метод может, наконец, помочь нам решить одну из самых больших загадок космологии: из чего состоит невидимая темная материя, которая составляет 85% всего вещества во Вселенной.
|
|
|
|
Природа темной материи все еще ускользает от нас. Мы знаем, что она существует, потому что можем наблюдать ее гравитационное воздействие на галактики и другие космические структуры, но мы так и не установили, что это такое на самом деле. Среди ведущих кандидатов - PBH, древние черные дыры, которые образовались в самые ранние моменты существования Вселенной из чрезвычайно плотных скоплений материи, образовавшихся вскоре после Большого взрыва.
|
|
|
|
Согласно новой статье, ключом к обнаружению этих древних объектов является излучение Хокинга - явление, при котором все черные дыры испускают излучение, обратно пропорциональное их массе. Меньшие черные дыры излучают более интенсивно, в то время как большие черные дыры излучают меньше. Предыдущие попытки обнаружить их основывались на изучении космического фонового излучения, но эта новая идея предполагает, что мы могли бы обнаружить отдельные черные дыры, когда они проносятся по нашей солнечной системе.
|
|
|
|
|
|
|
Прелесть этого метода заключается в его точности. Вместо того, чтобы извлекать слабые сигналы из космического фона, ученые будут искать характерные зависящие от времени всплески при обнаружении позитронов, когда PBH проходит вблизи Земли. В центре внимания этого исследования находятся позитроны, хотя на самом деле излучение Хокинга представляет собой широкий спектр, включающий нейтрино, другие фундаментальные частицы и, конечно же, позитроны. Позитрон был выбран потому, что этот компонент излучения Хокинга легче обнаружить с помощью Альфа-магнитного спектрометра (AMS), установленного на Международной космической станции.
|
|
|
|
Исследование, проведенное под руководством Александры П. Клипфель и размещенное на сервере препринтов arXiv, включает в себя расчет того, как часто эти древние черные дыры могли бы проходить через внутреннюю часть Солнечной системы, и моделирование радиационных сигнатур, которые они могли бы генерировать. Результаты многообещающие: моделирование дает примерно один обнаруживаемый транзит PBH в год.
|
|
|
|
Это представляет собой значительное улучшение по сравнению с существующими методами обнаружения. Вместо того, чтобы полагаться на сложные модели распространения космических лучей и распределения галактической темной материи, которые вносят неопределенность, этот подход позволил бы проводить прямые локальные измерения с точной информацией о времени.
|
|
|
|
Что делает это исследование захватывающим, так это то, что оно наконец-то может обнаружить PBH, которые ученые не могли обнаружить раньше. Исследователи показывают, что, измеряя позитроны каждый день (используя данные того же качества, которые уже собирает AMS), они могли бы определить конкретные типы древних черных дыр, которые могут составлять большую часть темной материи.
|
|
|
|
Этот метод также может быть распространен за пределы позитронов. Исследователи предполагают, что поиск гамма- и рентгеновских излучений, связанных с излучением Хокинга, может привести к еще большему исследованию диапазона масс астероидов (массы PBH варьируются от 1017 граммов, что примерно соответствует массе небольшого астероида, до 1023 граммов, что сопоставимо с массой Цереры), потенциально охватывая весь диапазон, где PBH могут полностью состоять из темной материи.
|
|
|
|
Этот подход представляет собой значительный сдвиг в обнаружении темной материи от пассивного наблюдения к активному поиску отдельных объектов в непосредственной близости от нас. В случае успеха он не просто обнаружит темную материю, но и предоставит подробную информацию о распределении массы и количестве PBH.
|
|
|
|
По мере совершенствования возможностей обнаружения и ввода в эксплуатацию новых космических обсерваторий этот метод может, наконец, дать ответ на вопрос, состоят ли невидимые строительные леса нашей Вселенной из древних черных дыр размером с астероид, дрейфующих в космосе и время от времени выдающих свое присутствие слабым свечением излучения Хокинга.
|
|
|
|
Источник
|
