Czy ciemna materia jest wykonana z pierwotnych czarnych dziur?

Astronomowie badający ruchy galaktyk oraz charakter mikrofalowego kosmicznego promieniowania tła w ubiegłym wieku uświadomili sobie, że większość materii we Wszechświecie była niewidoczna. Około 84% materii w kosmosie to ciemna materia, z której większość znajduje się w galaktycznym halo. Została nazwana ciemną materią, ponieważ nie emituje światła, ale także dlatego, że jest tajemnicza: nie jest złożona z atomów czy innych zwykłych składników, takich jak elektrony i protony.

Tymczasem astronomowie zaobserwowali efekt czarnych dziur, a ostatnio wykryli nawet fale grawitacyjne pochodzące od pary łączących się czarnych dziur. Czarne dziury powstają zwykle w wyniku eksplozji martwej masywnej gwiazdy, procesu, który może trwać setki milionów lat, gdy gwiazda łączy się z otaczającym gazem, ewoluuje i ostatecznie umiera. Uważa się, że niektóre czarne dziury istniały już we wczesnym Wszechświecie, ale prawdopodobnie nie było zbyt wystarczająco czasu w tym okresie na normalny proces ich powstawania. Zaproponowano pewne alternatywne metody, takie jak bezpośredni kolaps pierwotnego gazu lub procesy związane z kosmiczną inflacją, gdzie wiele pierwotnych czarnych dziur mogło powstać.

Astronom z CfA – Qirong Zhu – poprowadził grupę czterech naukowców badających możliwość, że dzisiejsza ciemna materia składa się z pierwotnych czarnych dziur. Jeżeli halo galaktyczne wykonane jest czarnych dziur, powinno mieć inny rozkład gęstości niż halo wykonane z egzotycznych cząstek. Są jeszcze inne różnice – oczekuje się, że halo z czarnych dziur powstało wcześniej w ewolucji galaktyki, niż innego rodzaju halo. Naukowcy sugerują, że patrząc na gwiazdy w halo słabych galaktyk karłowatych można badać te efekty, ponieważ są one małe i słabe, przez co łatwiej można dostrzec niewielkie efekty. Zespół wykonał szereg symulacji komputerowych, aby sprawdzić, czy halo galaktyk karłowatych mogą ukazać obecność pierwotnych czarnych dziur, i odkryli, że mogą: interakcje między gwiazdami i pierwotnymi czarnymi dziurami halo powinny nieznacznie zmienić rozmiary rozkładu gwiazd. Naukowcy sugerują również, że takie czarne dziury musiałyby mieć masy od około dwóch do czternastu mas Słońca, dokładnie w oczekiwanym zakresie dla tych egzotycznych obiektów i porównywalne z wnioskami płynącymi z innych badań. Zespół podkreśla jednak, że wszystkie modele wciąż są nierozstrzygnięte, a natura ciemnej materii pozostaje nieuchwytna.

Opracowanie:
Agnieszka Nowak

Więcej:
Is Dark Matter Made of Primordial Black Holes?

Źródło: CfA

Na zdjęciu: Galaktyka karłowata IC 1613. Źródło: NASA/JPL-Caltech/SSC