Vabandame, Stephen, Dark Matter pole pisikesed mustad augud

Kuulus füüsik Stephen Hawking tegi 1974. aastal ennustuse, et tumeaine - salapärane "miski", mis moodustab 85 protsenti kõiksuse kõiksusest - osutub väikesteks mustadeks aukudeks, mis moodustuvad kõige varasemas materiaalajas. Uus uuring, mille viisid läbi Hawaiil asuva Subaru teleskoobi astronoomid ja mis ilmus eelmisel korral kõigi musta augu ümber asuva piirkonna esmakordse üksikasjaliku foto avaldamise eel, näitas, et ta on ebatavaliselt vale.

Hawking postuleeris, et mustad augud, mille läbimõõt on alla millimeetri (1/25 tolli), arvestaksid gravitatsiooni, mis hoiab kokku galaktikate rühmi, ning muudaks ka galaktikate, sealhulgas Linnutee pöörlemiskiirust.

Andromeda galaktika, nagu meie enda Linnutee, on tumeda aine kodu - me lihtsalt ei tea, mis see on, kuid nüüd on meil parem ettekujutus sellest, mis see pole. Pildikrediit: Kavli IPMU

Kõik asjad, mis tumedas asjas võiksid olla

Tume mateeria kirjeldab - midagi - mida ei saa näha, see ei eralda kiirgust, kuid annab siiski piisavalt gravitatsiooni, et hoida galaktikaid rühmadena koos ja juhtida objektide pöörlemiskiirusi nende täheperekondade äärealadel. Galaktikate vahelise tumeaine olemasolu tõestas esmakordselt astronoom Fritz Zwicky 1933. aastal ja Vera Rubin tuvastas 1970-ndatel tumeda aine olemasolu galaktikates. Sellest ajast alates on astronoomid ja astrofüüsikud hämmingus tumeda aine olemuse üle ja me teame vähem, mis see on, kui see, mis see pole.

“Tume aine võib olla pruun kääbus, ebaõnnestunud tähed, mis ei süttinud kunagi, kuna neil puudus põlemiseks vajalik mass. Tume aine võib olla valge kääbus, surnud väikeste ja keskmise suurusega tähtede tuumade jäänused. Või tumeaineks võivad olla neutronitähed või mustad augud, suurte tähtede jäänused pärast nende plahvatust, ”selgitab NASA tumeaine kirjeldust.

Aga tõenäoliselt mitte…

Kõigi nende ideedega on siiski probleeme. Tõenäoliselt pole piisavalt valgeid ega pruune kääbuseid, et arvestada tohutu raskusjõuga tumeda aine nähtavale esemele avalduvaga. Neutronitähed ja mustad augud on äärmiselt haruldased. Võimalik, et tumeaineks võivad olla eksootilised subatomaatsed osakesed, kuid hoolikad katsed nende osakeste tuvastamiseks on seni osutunud tühjaks. Fermi kosmoseteleskoop peaks olema võimeline tuvastama eksootiliste tumeda aine osakeste kokkupõrkel tekkivaid gammakiirguse emissioone, kuid see otsing on ka viljatuks muutunud.

Kui need miniatuursed mustad augud eksisteerivad, siis eeldatakse, et nad painutavad nende ümber ruumi, põhjustades kaugetest tähtedest tuleva valguse kõverdumise ja heledama, nagu lääts, mis fokuseerib Päikese kuumale kõnniteele. Musta augu liikumisel muutuks kauge täht tuhmiks. Teadlased kasutasid Subaru teleskoopi Andromeda galaktika tähtedelt tuleva valguse otsimiseks, otsides seda heledust ja tuhmust, kuid ei näinud ennustatud efekti, näidates, et selliseid ürgseid musti auke pole Hawkingi ennustatud kogustes olemas.

Diagramm, mis näitab, kuidas Andromeda galaktika tähtede gravitatsiooniline lääts näitas ürgsete mustade aukude olemasolu. Pildikrediit: Kavli IPMU

Ühte neist gravitatsioonilise läätse ilmnemise sündmustest tuleb tähe ja ürgse musta augu vahel Maa suhtes joondada - haruldane joon, mis kestab vaid eeldatavalt mõni minut kuni mõni tund. Nende sündmuste nägemise võimaluste maksimeerimiseks kasutati Subaru teleskoobi Hyper Suprime-Cam-i, mis on võimeline kogu Andromeda galaktikat korraga pildistama.

Subaru teleskoobi põhifookusele paigaldatud Hyper Suprime-Cam (HSC). Pildikrediit: Subaru teleskoop

Katse

Andromeeda galaktika 190 järjestikuse pildi põhjal, mis tehti ühe selge öö jooksul seitsme tunni jooksul, otsis meeskond andmeid võimalike gravitatsiooniläätsede ilmnemise kohta. Kui tumeaine koosneb antud massi ürgsetest mustadest aukudest, antud juhul massist kergem kui kuu, arvasid teadlased, et leiavad umbes 1000 sündmust. Kuid pärast hoolikat analüüsi suutsid nad tuvastada ainult ühe juhtumi, ”teatasid teadlased Subaru teleskoobi pressiteates.

Need tulemused viitavad sellele, et ürgsed mustad augud võivad moodustada kuni 0,1 protsenti kogu tumedast ainest. Ükskõik, mis on tume aine, ei tundu vastus olevat miniatuursed mustad augud, jättes selle suure füüsika mõistatuse puutumata.