|
Черные дыры астероидной массы
|
|
|
|
Существует несколько способов образования черных дыр. Наиболее распространенный способ, изучаемый на уроках физики в средней школе, заключается в том, что они образуются в результате коллапса умирающей звезды. Но существует и другой класс черных дыр, известных как первичные черные дыры (ПЧД), которые могли образоваться сразу после Большого взрыва в результате коллапса материи. По крайней мере, такова теория. Хотя она давно выдвинута, мы никогда не видели ни одной из них, хотя ученые предполагали, что они могут объяснить недостающую массу Вселенной, которую мы иначе называем «темной материей».
|
|
|
|
Но новая статья, доступная на сервере препринтов arXiv, от исследователей из Оклендского университета в Мичигане и Университета Райса в Техасе, ставит эту теорию под сомнение, по крайней мере, для определенного типа ПЧД.
|
|
|
|
Этот определенный тип ПЧД — это черная дыра «астероидной массы», весом от 10^14 до 10^17 граммов. Хотя большинство черных дыр считаются массивными плотными объектами, не излучающими свет, Стивен Хокинг понял, что они могут быть и меньше (при условии одинаковой плотности) и, что особенно важно, что меньшие из них со временем излучают тепловое излучение, известное нам как излучение Хокинга. Однако такое излучение имеет свою цену, поскольку сама черная дыра в конечном итоге испаряется.
|
|
|
|
Потеря массы в результате этого испарения, вероятно, уже привела к распаду любых черных дыр массой менее 10^14 г — они уже сгорели. Однако черные дыры в диапазоне «масс астероидов» приближаются к концу своей жизни, а это значит, что они также излучают наибольшее количество света. В частности, этот свет представляет собой гамма-излучение.
|
|
|
|
|
|
|
К сожалению, они были бы лишь одной нитью в более широкой сети внегалактического гамма-излучения (EGRB), рассеянного свечения гамма-лучей, которое, кажется, исходит со всех сторон в сторону Млечного Пути. Она состоит из излучения бесчисленных астрономических объектов, поэтому выделение сигнала от черных дыр массой с астероиды — сложная задача. Для этого авторы создали модель, позволяющую вычесть большинство известных источников света от ЭГРБ, таких как блазары, радиогалактики и даже гамма-лучи, образующиеся при столкновении космических лучей с инфракрасным фоном космоса.
|
|
|
|
Но на этом они не остановились. Они разработали новый скрипт на Python под названием GammaPBHPlotter, который моделирует эти черные дыры с предельной детализацией, включая их излучение Хокинга, распад нестабильных частиц и, что особенно важно, гамма-лучи, образующиеся при испускании позитронов, когда черная дыра аннигилирует электроны. Объединение всех этих потенциальных источников позволило авторам получить максимально жесткие ограничения на вклад этих черных дыр в недостающее вещество Вселенной.
|
|
|
|
Результаты оказались не особенно убедительными для теории черных дыр массой с астероиды. Авторы обнаружили, что первичные черные дыры массой около 10^14 г не могут составлять более 1 из 10^19 миллиардов наблюдаемой темной материи во Вселенной. Однако наблюдалось предпочтение несколько более крупным первичным черным дырам, около 3*10^16, которые, по расчетам, составляют максимум 6% темной материи. Это все еще незначительная доля, но лучше, чем 1 из 10^19 миллиардов.
|
|
|
|
Но чтобы действительно исключить существование этих первичных гигантов, нам нужны более совершенные телескопы. Авторы были ограничены использованием устаревших данных с приборов EGRET и COMPTEL, оба из которых были установлены на борту гамма-обсерватории Комптона, запущенной в 1991 году и сведенной с орбиты в 2000 году, более 26 лет назад. Однако надежда есть. Ожидается, что в ближайшее время появятся несколько новых телескопов, которые помогут решить эту проблему «мэВ-пробела», определяющего точное распределение ожидаемых гамма-лучей от первичных черных дыр.
|
|
|
|
Эти миссии, известные как AMEGO-X и e-ASTROGAM, пока не были подхвачены ни одним крупным космическим агентством, но они продолжают техническую оценку рисков и фоновые исследования, ожидая своего часа. Будем надеяться, что у них будет шанс проявить себя так же ярко, как и объекты их наблюдений, — потому что, если это произойдет, мы сможем определить, являются ли более крупные первичные черные дыры источником недостающей материи во Вселенной, наконец положив конец спорам, которые десятилетиями сотрясали космологическое сообщество.
|
|
|
|
Источник
|
