Oprosti, Stephen, tamna stvar nisu sitne crne rupe

Poznati fizičar Stephen Hawking 1974. godine predvidio je da će se tamna tvar - misteriozno "nešto" što čini 85 posto svega u Svemiru - pretvoriti u malene crne rupe nastale u najranijoj dobi materije. Nova studija koju su astronomi proveli u teleskopu Subaru na Havajima, a koja je stigla uoči objavljivanja prve ikad detaljne fotografije regije oko crne rupe, pokazala je da on, netipično, nije u pravu.

Hawking je postulirao da će crne rupe promjera manjeg od milimetra (1/25 inča) predstavljati gravitaciju koja objedinjuje grupe galaksija, a također će mijenjati i brzine rotacije galaksija, uključujući Mliječni put.

Galaksija Andromeda, poput vlastitog Mliječnog Puta, dom je tamne materije - jednostavno ne znamo što je, ali sada imamo bolju predodžbu o tome što nije. Kreditna slika: Kavli IPMU

Sve su stvari koje su tamne materije mogle biti

Tamna materija opisuje - nešto - što se ne može vidjeti, ne odaje zračenje, a ipak pruža dovoljno gravitacije da se galaksije drže u skupinama i pokreću rotacijske objekte na periferiji ovih zvjezdanih obitelji. Dokaz o tamnoj materiji između galaksija prvi je opazio astronom Fritz Zwicky 1933., a 1970-ih je Vera Rubin otkrila prisutnost tamne materije unutar galaksija. Od tada astronomi i astrofizičari zbunjuju se nad prirodom tamne materije, a mi manje znamo o onome što je nego što nije.

"Tamna tvar mogla bi biti smeđi patuljci," neuspjele "zvijezde koje se nikada nisu zapalile jer im nije nedostajala masa potrebna da počnu gorjeti. Tamna tvar mogli bi biti bijeli patuljci, ostaci jezgara mrtvih zvijezda male i srednje veličine. Ili bi tamna tvar mogla biti neutronske zvijezde ili crne rupe, ostaci velikih zvijezda nakon što eksplodiraju “, objašnjava NASA u opisu tamne materije.

Ali, vjerojatno ne ...

Međutim, postoje problemi sa svakom od ovih ideja. Vjerojatno nema dovoljno bijelih ili smeđih patuljaka da bi izračunali ogromnu gravitacijsku tamnu tvar na vidljivim objektima. Neutronske zvijezde i crne rupe izuzetno su rijetke. Moguće je da tamna tvar može biti egzotične subatomske čestice, ali pažljivi eksperimenti za otkrivanje tih čestica do sada su postali prazni. Svemirski teleskop Fermi trebao bi biti u stanju otkriti emisije gama zraka nastale sudarom egzotičnih čestica tamne materije, ali ta se pretraga također urodila besplodnim.

Ako postoje ove minijaturne crne rupe, očekuje se da sagnu prostor oko sebe, uzrokujući da svjetlost dalekih zvijezda zakrivi i svijetli, poput leće koja fokusira Sunce na vrući pločnik. Kako se crna rupa kreće, udaljena zvijezda bi tada postala zamračena. Istraživači su pomoću teleskopa Subaru gledali svjetlost koja dolazi od zvijezda u galaksiji Andromeda, tražeći ovo osvjetljenje i zatamnjenje, ali nisu vidjeli predviđeni učinak, pokazavši da takve iskonske crne rupe ne postoje u količinama koje je Hawking predvidio.

Dijagram koji pokazuje kako se očekuje da gravitacijsko sočivanje zvijezda u galaksiji Andromeda otkriva prisutnost iskonskih crnih rupa. Kreditna slika: Kavli IPMU

Da biste vidjeli jedan od ovih događaja gravitacijskog leća, zvijezda i iskonska crna rupa moraju se poravnati u odnosu na Zemlju - rijetko je poravnavanje, za koje se očekuje samo da traje u razdoblju od nekoliko minuta do nekoliko sati. Hyper Suprime-Cam na teleskopu Subaru, koji je u jednom trenutku mogao zamisliti čitavu Andromedinu galaksiju, korišten je za povećavanje šansi za gledanje ovih događaja.

Hyper Suprime-Cam (HSC) postavljen u glavnom fokusu Subaru teleskopa. Kreditna slika: Subaru teleskop

Eksperiment, pokus

„Od 190 uzastopnih slika galaksije Andromeda, snimljenih tijekom sedam sati u toku jedne bistre noći, tim je pregledao podatke o mogućim događajima gravitacijskog leća. Ako se tamna tvar sastoji od iskonskih crnih rupa određene mase, u ovom slučaju masa lakših od mjeseca, istraživači su očekivali da će otkriti oko 1000 događaja. Ali nakon pažljivih analiza, mogli su identificirati samo jedan slučaj, ”izvijestili su istraživači u priopćenju za javnost iz teleskopa Subaru.

Ovi rezultati sugeriraju da primordijalne crne rupe mogu činiti samo 0,1 posto sve tamne materije. Što god da je tamna materija, odgovor ne izgleda minijaturnim crnim rupama, ostavljajući ovu veliku tajnu fizike netaknutom.