У фебруару 2016. научници који раде за опсерваторију гравитационих таласа Ласер Интерферометар (ЛИГО) ушли су у историју када су најавили прво откривање гравитационих таласа. Од тада се десило вишеструко откривање и научна сарадња између опсерваторија - попут Напредне ЛИГО и Напредне Девице - омогућавају невиђени ниво осетљивости и размене података.
Овај догађај не само да је потврдио вековно предвиђање Аинстеинове теорије опште релативности, већ је довео и до револуције у астрономији. Такође је потакла наде неких научника који су веровали да би црне рупе могле да објасне „несталу масу“ Универзума. Нажалост, нова студија тима физичара из Берлина Берлина показала је да црне рупе нису дуго тражени извор Дарк Маттера.
Њихова студија, „Границе на компактним објектима звјездане масе као тамна материја из гравитацијског сочива супернове од типа Иа“, недавно се појавила у часопису Писма о физичком прегледу. Студију је водио Мигуел Зумалацаррегу, глобална сарадница Марие Цурие из Беркелеи Центра за космолошку физику (БЦЦП), уз подршку Уроша Сељака - професора космологије и ко-директора БЦЦП-а.
Једноставно речено, Мрачна материја и даље остаје једна од најизбирљивијих и најтежих мистерија с којима се астрономи данас суочавају. Упркос чињеници да она чини 84,5% материје у Универзуму, сви покушаји да се то открије нису успели. Предложени су многи кандидати, у распону од ултралаких честица (осовина) до масивних честица слабог утицаја (ВИМПС) и масивних компактних хало објеката (МАЦХО).
Међутим, ови кандидати се крећу у маси редоследом од 90, што је неколико теоретичара покушало разрешити предлажући да би могло постојати више врста тамне материје. Међутим, ово би захтевало различита објашњења о њиховом пореклу, што би само додатно закомпликовало космолошке моделе. Као што је Мигуел Зумалацаррегуи објаснио у недавном саопштењу за штампу УЦ Беркелеи:
„Могу да замислим да су то две врсте црних рупа, веома тешке и веома лаке, или црне рупе и нове честице. Али у том случају једна је компонента величине веће теже од друге, и оне се морају произвести у упоредивом обиљу. Прешли бисмо од нечег астрофизичког до нечега што је заиста микроскопско, можда чак и најлакша ствар у свемиру, а то би било врло тешко објаснити. “
За потребе своје студије, тим је извршио статистичку анализу 740 најсјајнијих супернова откривених (од 2014.) како би утврдио да ли је било која од њих увећана или ојачана присуством црне рупе која интервенише. Ова појава, где гравитациона сила великог предмета повећава светлост која долази из удаљенијих објеката позната је и као „гравитационо сочивање“.
У основи, ако су црне рупе доминантан облик материје у Универзуму, онда би се гравитационо увећане супернове појавиле прилично често због исконских црних рупа. Сматра се да су се ови хипотетички облици црне рупе формирали у првих неколико милисекунди након Великог праска у деловима Универзума у којима се маса концентрисала на десетине или стотине Сунчевих маса, узрокујући формирање најранијих црних рупа.
Присуство ове популације црних рупа, као и свих масивних компактних објеката, гравитационо би савило и повећало светлост из удаљених објеката на путу ка Земљи. То би се посебно односило на далеке супернове типа Иа, које астрономи деценијама користе као стандардни извор светлости за мерење космичких растојања и брзине којом се Универзум шири.
Међутим, након спровођења сложене статистичке анализе података о осветљености и удаљености од 740 супернова - 580 у Унији и 740 у каталозима Заједничке анализе светлосне кривуље (ЈЛА) - тим је закључио да би осам супернова требало да буду светлије од неколико десетина процента од онога што је историјски уочено. Међутим, такво осветљавање није откривено, чак ни када су се црне рупе мале масе узеле у обзир.
"Не можете видети овај ефекат на једној супернови, али када их саставите и урадите потпуну Баиесову анализу, почињете да стављате врло јака ограничења на тамну материју, јер свака супернова броји, а имате их толико", рекао је Зумалацаррегуи.
Из њихове анализе закључили су да црне рупе могу сачињавати не више од око 40% тамне материје у Универзуму. Након што су из Пантхеон каталога (и на већим растојањима) укључени 1.048 светлијих супернова, ограничења су постала још чвршћа. Помоћу овог другог скупа података добили су још горњу горњу границу - 23% - него у оригиналној анализи.
Ови резултати сугерирају да се ниједна тамна материја Универзума не састоји од тешких црних рупа или сличних масивних предмета попут МАЦХО-а. "Вратили смо се стандардној расправи", рекао је Сељак. „Шта је тамна материја? Заиста нам недостаје добрих опција. Ово је изазов за будуће генерације. "
Ово истраживање засновано је на ранијим истраживањима које је Сељак спровео крајем деведесетих када су научници разматрали МАЦХО-ове и друге масивне предмете као могући извор тамне материје. Међутим, студија је била ограничена због чињенице да је откривен само мали број удаљених супернова типа Иа или су у то време мерили њихове удаљености.
Поред тога, потрага за Мрачном материјом прешла је убрзо након тога са великих објеката на фундаменталне честице (попут ВИМП-а). Као резултат тога, планови за праћење проучавања нису се остварили. Али захваљујући ЛИГО опажањима гравитационих таласа, поново се појавила могућа веза између црних рупа и тамне материје и инспирисала Сељака и Зумалацаррегуија да изврше своју анализу.
„Оно што је било интригантно јесте да су масе црних рупа на ЛИГО догађају биле тамо где још нису биле искључене црне рупе као тамна материја“, рекао је Сељак. „То је била занимљива случајност која је све узбуђивала. Али то је била случајност. "
Теорија Мрачне материје званично је усвојена 1970-их, током „Златног доба релативности“, како би се објасниле разлике између привидне масе објеката у Универзуму и њихових посматраних гравитационих ефеката. Чини се да пола века касније и даље покушавамо да пронађемо ову мистериозну, невидљиву масу. Али са сваком студијом, додатна ограничења се постављају на Дарк Маттер и могући кандидати се елиминишу.
Ако имамо времена, можда ћемо откључати ову космолошку мистерију и бити корак ближе разумевању начина на који се Универзум формирао и развијао.
