Laserinterferomeetri gravitatsioonilainete vaatluskeskuses (LIGO) töötavad teadlased tegid 2016. aasta veebruaris ajaloo, kui nad kuulutasid välja esmakordselt gravitatsiooniliste lainete tuvastamise. Sellest ajast alates on toimunud mitu tuvastust ning vaatluskeskuste - näiteks Advanced LIGO ja Advanced Virgo - vaheline teaduslik koostöö võimaldab enneolematut tundlikkuse ja andmete jagamise taset.
See sündmus mitte ainult ei kinnitanud Einsteini üldise relatiivsusteooria sajanditepikkust ennustust, vaid tõi kaasa ka astronoomiarevolutsiooni. See varjas ka mõnede teadlaste lootusi, kes uskusid, et mustad augud võivad põhjustada Universumi puuduvat massi. Kahjuks on UC Berkeley füüsikute meeskonna uus uuring näidanud, et mustad augud pole Dark Matteri kaua otsitud allikas.
Nende uurimus “Tähemassiga kompaktsete objektide piirid Ia tüüpi supernoovade gravitatsioonilisest objektiivist tumeda ainena” ilmus hiljuti Füüsilise ülevaate kirjad. Uuringut juhtis Berkeley Kosmoloogilise Füüsika Keskuse (BCCP) Marie Curie globaalne stipendiaat Miguel Zumalacarregu, seda toetas kosmoloogiaprofessor ja BCCP kaasdirektor Uros Seljak.
Lihtsalt öeldes on Dark Matter üks astronoomide tänapäeval kõige keerulisemaid ja vaevavamaid saladusi. Vaatamata tõsiasjale, et see hõlmab 84,5% Universumi ainest, on kõik katsed seda avastada seni ebaõnnestunud. Välja on pakutud palju kandidaate, alates ülikergetest osakestest (aksioonidest) kuni nõrgalt interakteeruvate massiivsete osakeste (WIMPS) ja massiivsete kompaktsete haloobjektideni (MACHOs).
Nende kandidaatide mass varieerub suurusjärgus 90, mida mitmed teoreetikud on püüdnud lahendada, pakkudes välja, et tumedat ainet võiks olla mitut tüüpi. Kuid see nõuaks nende päritolu kohta erinevaid selgitusi, mis ainult muudaks kosmoloogilised mudelid veelgi keerukamaks. Nagu Miguel Zumalacárregui hiljutises UC Berkeley pressiteates selgitas:
“Ma kujutan ette, et see on kahte tüüpi mustad augud, väga rasked ja väga kerged, või mustad augud ja uued osakesed. Kuid sel juhul on üks komponentide suurusjärk raskem kui teine ja neid tuleb toota võrreldava arvukusega. Me läheksime astrofüüsikast selleni, mis on tõeliselt mikroskoopiline, võib-olla isegi kõige kergem asi universumis ja mida oleks väga raske seletada. ”
Uuringu huvides viis töörühm läbi 740 avastatud eredama supernoova statistilise analüüsi (2014. aasta seisuga), et teha kindlaks, kas mõnda neist on suurenenud või helendanud sekkuva musta augu olemasolu. Neid nähtusi, kus suure objekti gravitatsioonijõud suurendab kaugematelt objektidelt tulevat valgust, nimetatakse gravitatsiooniläätsedeks.
Põhimõtteliselt, kui mustad augud oleksid universumis domineerivaks mateeriavormiks, siis tekiksid gravitatsiooniliselt suurenenud supernoovad ürgsete mustade aukude tõttu üsna sageli. Arvatakse, et need musta augu hüpoteetilised vormid tekkisid mõne esimese millisekundi jooksul pärast suurt pauku Universumi osades, kus mass oli koondunud kümnetesse või sadadesse päikesemassidesse, põhjustades kõige varasemad mustad augud.
Selle musta augu asurkonna, nagu ka kõigi massiivsete kompaktsete objektide olemasolu, painutaks ja suurendaks maa peal olevate kaugete objektide valgust gravitatsiooniliselt. See puudutaks eriti kaugeid Ia tüüpi supernoovasid, mida astronoomid on aastakümneid kasutanud standardse heleduse allikana kosmiliste vahemaade ja Universumi paisumise kiiruse mõõtmiseks.
Pärast 740 supernoova - 580 liidus ja 740 ühises valguse-kõvera analüüsi (JLA) kataloogides - andmete keeruka statistilise analüüsi tegemist jõudis meeskond siiski järeldusele, et kaheksa supernoovast peaks olema heledam. paar kümnendikku protsenti, kui seda on ajalooliselt täheldatud. Sellist heledust ei tuvastatud, isegi kui väikese massiga mustad augud olid sisse arvestatud.
"Te ei näe seda mõju ühele supernoovale, kuid kui panete need kõik kokku ja teete täieliku Bayesianalüüsi, hakkate panema tumeainele väga tugevaid piiranguid, sest iga supernoova loeb ja teil on neid nii palju," ütles Zumalacárregui.
Oma analüüsi põhjal järeldasid nad, et mustad augud võivad moodustada kõigest umbes 40% Universumi tumedast ainest. Pärast 1 048 eredama supernoova lisamist Pantheoni kataloogist (ja suurematel vahemaadel) muutusid piirangud veelgi rangemaks. Selle teise andmekogumiga saavutasid nad veelgi alumise piiri - 23% - kui nende esialgses analüüsis.
Need tulemused viitavad sellele, et ükski Universumi tumeaine ei koosne rasketest mustadest aukudest ega samalaadsetest massiivsetest objektidest nagu MACHO. “Oleme tagasi tavapäraste arutelude juurde,” ütles Seljak. Mis on tume aine? Tõepoolest, meil on head võimalused otsa saanud. See on väljakutse tulevastele põlvkondadele. ”
See uuring põhines varasematel uuringutel, mille Seljak viis läbi 1990-ndate lõpus, kui teadlased kaalusid MACHO-sid ja muid massiivseid objekte tumeaine võimaliku allikana. Uuring oli siiski piiratud, kuna avastati vaid väike arv Ia tüübi kaugeid supernoovasid või nende vahemaad olid sel ajal mõõdetud.
Lisaks nihkus Dark Matter otsing varsti pärast seda suurtelt objektidelt põhiosakestele (näiteks WIMP-dele). Seetõttu ei realiseerunud uuritud järelmeetmete plaanid. Kuid tänu LIGO vaatlustele gravitatsioonilainete osas tekkis mustade aukude ja tumeaine vaheline võimalik seos taas ning see innustas Seljakat ja Zumalacárregui oma analüüsi tegema.
"Mis oli huvitav, oli see, et LIGO üritusel olid mustade aukude massid just seal, kus mustad augud polnud veel tumeda ainena välistatud," sõnas Seljak. “See oli huvitav kokkusattumus, mis pani kõik põnevust tundma. Kuid see oli juhus. ”
Tumematerjali teooria võeti ametlikult vastu 1970ndatel, "relatiivsuse kuldsel ajastul", et arvestada lahknevusi Universumis asuvate objektide näilise massi ja nende täheldatud gravitatsioonilise mõju vahel. Näib, et pool sajandit hiljem üritame selle salapärase, nähtamatu massi ikkagi tabada. Kuid iga uuringuga seatakse Dark Matterile täiendavaid piiranguid ja võimalikud kandidaadid kõrvaldatakse.
Arvestades aega, võime selle kosmoloogilise mõistatuse lihtsalt lahti saada ja olla üks samm lähemale mõistmisele, kuidas Universum kujunes ja arenes.
