Когда Вселенная возникла в результате Большого взрыва, вся ее материя была сжата в крошечную область. Космологи предполагают, что в некоторых регионах субатомная материя могла быть настолько плотно упакована, что материя коллапсировала в первичные черные дыры. Если эти первичные черные дыры существуют, то они малы и могут прятаться среди населения свободно плавающих планет.
Черные дыры — самые загадочные объекты природы. Теория относительности Эйнштейна предсказала их существование, но он не согласился с тем, что черные дыры действительно могут образовываться. Работая над уравнениями, другие учёные в конце концов показали, что чёрные дыры могут существовать.
Теперь мы знаем, что это так, и мы знаем, что они настолько плотны, что искажают пространство-время и притягивают к себе все. Даже свет не может уйти.
Исследователи пытались раскрыть генеалогическое древо черных дыр. Они знают, что некоторые массивные звезды в конце своей жизни схлопнутся и образуют черные дыры звездной массы. Они знают, что сверхмассивные черные дыры (СМЧД) существуют в сердце больших галактик, таких как Млечный Путь. Также появляется все больше свидетельств существования черных дыр промежуточной массы (ЧДД), которые находятся между меньшими черными дырами звездной массы и гигантскими СМЧД.
А как насчет первичных черных дыр (ПЧД)? Если они существуют, то сформировались задолго до того, как зародилась первая звезда. Согласно теории, они могут быть любого размера и могли сыграть роль в формировании галактик. В попытке понять, как черные дыры становятся такими массивными, ПЧД могут заполнить важное белое пятно. Есть также дразнящие признаки того, что, если они действительно существуют, они могут быть компонентами темной материи.
Новое исследование показывает, как римский космический телескоп НАСА Нэнси Грейс может обнаруживать ПЧД. Они могли прятаться среди загадочной популяции объектов малой массы. Объектами могут быть свободно плавающие планеты (FFP), также называемые планетами-изгоями, или ПЧД, и будущий космический телескоп сможет их найти.
Статья называется «Миры-изгои встречаются с темной стороной: обнаружение первичных черных дыр земной массы с помощью римского космического телескопа Нэнси Грейс». Ведущий автор — Уильям ДеРокко с физического факультета Калифорнийского университета в Санта-Крус.
Романский космический телескоп Нэнси Грейс через несколько лет станет мощным инфракрасным телескопом. В его меню наблюдений есть несколько важных астрофизических блюд, таких как измерение темной энергии, теории относительности и кривизны пространства-времени. Он также будет искать объекты малой массы, такие маленькие, как Марс, которые не привязаны к какой-либо звезде. При этом это могло бы пролить свет на первичные черные дыры.
Чтобы найти эти маломассивные объекты и определить, являются ли они FFP или PBH, Римскому космическому телескопу нужна помощь. Он будет использовать гравитационное микролинзирование для поиска в небе этих неуловимых объектов. Они могут быть любого размера: от одной субатомной частицы до размера маленькой планеты.
«Гравитационное микролинзирование — один из самых мощных методов наблюдения за несветящимися астрофизическими телами», — пишут авторы в своей статье. «Существующие наблюдения с помощью микролинзирования предоставляют дразнящие доказательства существования популяции маломассивных объектов, происхождение которых неизвестно».
Вопрос в том, являются ли эти загадочные объекты планетами-изгоями? Или это PBH?
Проблема с попытками наблюдения за этими объектами заключается в том, что их невозможно достаточно хорошо разрешить по отдельности. Вместо этого их необходимо выявить статистически, а это означает, что нам нужно их большое исследование.
«Однако природа этих объектов не может быть решена на индивидуальной основе, поскольку индуцированная кривая блеска вырождается для линзирующих тел одинаковой массы. Вместо этого необходимо статистически сравнить распределение событий линзирования, чтобы определить природу популяции линзирования», — пишут авторы.
У Римского космического телескопа будет много дел после его запланированного запуска в 2027 году. Одна из его основных программ наблюдений нацелена непосредственно на эти маломассивные астрофизические объекты. Это называется «Обзор временной области галактической выпуклости».
Этот обзор основан на плотности звезд в галактической выпуклости. В направлении балджа наблюдается высокая плотность как звездных линз, так и источников, и Римский телескоп будет неоднократно обследовать эти плотные области с помощью своего широкопольного инструмента (WFI).
Исследовательская группа, работающая над новой статьей, говорит, что исследование может изменить наше понимание этих маломассивных объектов. «Подводя итог, наши результаты показывают, что даже при консервативных предположениях о пороге обнаружения Романа и лежащем в основе FFP исследовании Галактического выступа во временной области будет очень чувствительным к обнаружению популяции PBH в новых областях пространства параметров».
«Поэтому Роман готов не только провести первые точные измерения массового распределения FFP, но и, возможно, обнаружить субпопуляцию PBH, лежащую внутри нее», — заключают они.
Два определяющих эпоху вопроса в современной космической науке касаются темной энергии и темной материи. Темная энергия — это название силы, которая управляет расширением Вселенной. Темная материя — это название невидимой массы, которая придает Вселенной ее форму и организует ее крупномасштабную структуру, подобную галактикам и скоплениям галактик. Но мы до сих пор не знаем, что такое темная материя.
Первичные черные дыры являются одними из главных кандидатов на роль темной материи. Если ПЧД составляют всю или значительную часть темной материи Вселенной, это объясняет ее крупномасштабную структуру. Они также могли бы объяснить гравитационное линзирование, которое невозможно объяснить обычной материей. Доказательства того, что ПЧД представляют собой темную материю, далеки от убедительных, но некоторые ученые утверждают, что они составляют всю или часть темной материи Вселенной.
«Ожидается, что исследование Галактического выступа во временной области, проведенное Романом, позволит наблюдать сотни событий микролинзирования малой массы, что позволит получить надежную статистическую характеристику этой популяции», — объясняют авторы. Имея на руках данные этого исследования, ученые могут быть готовы добиться реального прогресса в вопросе темной материи и начать раскрывать глубочайшие тайны Вселенной.
Но нам придется подождать несколько лет.
