|
Свидетельства существования первичных черных дыр
|
|
|
|
На это могут уйти годы, но пара астрофизиков из Университета Майами, возможно, находятся на пороге космического прорыва, который подтвердит существование первичных черных дыр и их роль в одной из величайших загадок космологии.
|
|
|
|
Считается, что первичные черные дыры образовались в течение первой доли секунды после Большого взрыва, но это чисто теоретическая теория. Но если эти гипотетические космические явления, которые могут варьироваться от размеров астероидов до массивных, подтвердятся, они смогут многое объяснить, в том числе природу темной материи - невидимой субстанции, которая составляет около 85% всей материи во Вселенной и действует как "гравитационный клей", удерживающий галактики вместе.
|
|
|
|
"Мы считаем, что наше исследование поможет подтвердить, что они действительно существуют", - сказал Нико Каппеллути, доцент физического факультета Колледжа искусств и наук, об исследовании, проведенном им и аспирантом Альберто Магараджиа.
|
|
Отслеживаю странный сигнал LIGO
|
|
|
|
Это исследование напрямую основывается на недавнем возможном открытии подсолнечной черной дыры лазерной интерферометрической гравитационно-волновой обсерваторией, или LIGO, которая в конце прошлого года зафиксировала необычный сигнал гравитационной волны, невидимую рябь в ткани пространства-времени, вызванную бурными процессами, такими как столкновение двух черных дыр.
|
|
|
|
|
|
|
"Наиболее распространенные черные дыры образуются в результате взрыва сверхновой, то есть гибели массивной звезды. Таким образом, их массы могут варьироваться от нескольких масс Солнца до миллиардов солнечных масс", - пояснил Каппеллути. Но в ноябре прошлого года LIGO выпустила автоматическое предупреждение о слиянии, при котором по крайней мере один из объектов весил менее 1 массы Солнца, что указывает на потенциальную возможность образования первичной черной дыры.
|
|
|
|
Был ли это космический прорыв или, возможно, ложная тревога, вызванная шумом в массивных детекторах LIGO, как полагают некоторые астрофизики?
|
|
|
|
Каппеллути и Магараджиа убеждены, что то, что обнаружил LIGO, не могло быть ничем иным, как свидетельством существования первичной черной дыры, возникшей в среде с высокой плотностью в ранней Вселенной задолго до образования звезд. И они надеются, что их исследования докажут это.
|
|
|
|
"Мы попытались оценить, сколько первичных черных дыр может существовать во Вселенной и сколько из них LIGO сможет обнаружить", - сказал Магараджиа. "И наши результаты обнадеживают. Мы предсказываем, что подсолнечные черные дыры, подобные той, которую, возможно, наблюдал LIGO, действительно должны быть редкими, что согласуется с тем, насколько редко такие события наблюдались до сих пор".
|
|
|
|
Исследование, которое будет опубликовано в следующем номере Astrophysical Journal, "предполагает, что наиболее правдоподобным объяснением сигнала LIGO, которому не хватает какого-либо традиционного астрофизического объяснения, является обнаружение первичной черной дыры", - сказал Каппеллути. "И наше исследование показывает, что на эти первичные черные дыры может приходиться значительная часть, если не вся, темной материи". В настоящее время статья доступна на сервере препринтов arXiv.
|
|
|
|
Но по-прежнему требуется гораздо больше работы, чтобы полностью понять обнаружение LIGO и то, как оно связано с природой темной материи, согласились оба исследователя.
|
|
|
|
Итак, на данный момент остается только ждать, удастся ли LIGO и двум ее международным партнерам обнаружить еще один необычный сигнал от того, что может быть первичной черной дырой. "LIGO получила очень убедительные доказательства того, что такие типы черных дыр существуют. Но нам нужно будет обнаружить еще один такой сигнал или даже несколько других, чтобы получить неопровержимое подтверждение того, что они реальны", - сказал Каппеллути. "Но ясно то, что их нельзя исключать как реальные".
|
|
|
|
Именно советские ученые-первопроходцы Яков Зельдович и Игорь Новиков, работавшие в условиях холодной войны, были первыми, кто предположил существование первичных черных дыр. В начале 1970-х годов известный физик-теоретик Стивен Хокинг расширил их работу, предположив, что эти загадочные объекты существуют в большом количестве, излучают энергию и могут объяснить тайну темной материи.
|
|
От ранней теории к современным детекторам
|
|
|
|
Когда LIGO заработал, это помогло получить первые доказательства их теорий. 14 сентября 2015 года прибор впервые обнаружил гравитационные волны, что положило начало новой эре в астрономии и предоставило прямые доказательства общей теории относительности Альберта Эйнштейна.
|
|
|
|
Массивная обсерватория на самом деле представляет собой два объекта в Хэнфорде, штат Вашингтон, и Ливингстоне, штат Луизиана. Он работает в координации с гравитационно-волновым детектором Virgo в Италии и подземной обсерваторией KAGRA в Японии, образуя сеть, известную как LVK, которая занимается поиском черных дыр — областей пространства, настолько компактных, что их гравитация препятствует выходу чего-либо, включая свет.
|
|
|
|
Будущие усовершенствования LIGO сделают обсерваторию более чувствительной, что, возможно, позволит ей обнаруживать дополнительные подобные сигналы. Но инструмент, состоящий из двух L-образных детекторов с вакуумными рычагами длиной 2,5 мили, по-прежнему не сможет увидеть настоящие гравитационные волны от Большого взрыва. Он был разработан для обнаружения высокочастотных волн от относительно недавних бурных звездных событий.
|
|
|
|
Каппеллути отметил, что детекторы гравитационных волн будущего смогут заглядывать гораздо глубже в космос. Запущенная в космос в 2035 году лазерная интерферометрическая космическая антенна Европейского космического агентства, или LISA, обещает обнаружить гравитационные волны, начиная с самых ранних эпох после Большого взрыва.
|
|
|
|
Между тем, наземная гравитационно-волновая обсерватория Cosmic Explorer, которая в настоящее время находится на стадии проектирования в США, будет в 10 раз чувствительнее LIGO и сможет обнаруживать слияния черных дыр и нейтронных звезд еще на заре зарождения первых звезд.
|
|
|
|
Источник
|
