Februarja 2016 so znanstveniki, ki delajo za laserski interferometer Gravitacijsko-valovni observatorij (LIGO), zgodovino ustvarili, ko so napovedali prvo odkrivanje gravitacijskih valov. Od takrat se je zgodilo večkratno odkrivanje in znanstvena sodelovanja med opazovalnicami - kot sta Advanced LIGO in Advanced Devica - omogočajo neverjetno raven občutljivosti in izmenjave podatkov.
Ta dogodek ni samo potrdil stoletnega napovedovanja, ki ga je dala Einsteinova Teorija splošne relativnosti, temveč je privedel tudi do revolucije v astronomiji. Prav tako je vzbudil upanje nekaterih znanstvenikov, ki so verjeli, da lahko črne luknje predstavljajo "manjkajočo maso" vesolja. Žal je nova raziskava skupine fizikov UC Berkeley pokazala, da črne luknje niso dolgo iskani vir Dark Matterja.
Njihova študija "Omejitve kompaktnih objektov zvezd in mase kot temna snov iz gravitacijskega lečenja supernov tipa Ia" se je nedavno pojavila v Pisma o fizičnem pregledu. Študijo je vodil Miguel Zumalacarregu, globalna sodelavka Marie Curie v Berkeley Centru za kozmološko fiziko (BCCP), s podporo Uroša Seljaka - profesorja kozmologije in so-direktorja BCCP.
Preprosto povedano, Temna zadeva ostaja ena najbolj odmevnih in mučnih skrivnosti, s katerimi se astronomi soočajo danes. Kljub dejstvu, da obsega 84,5% snovi v vesolju, vsi poskusi, da bi ga odkrili, doslej niso uspeli. Predlagani so bili številni kandidati, od ultralahkih delcev (osi) do šibko delujočih masivnih delcev (WIMPS) in masivnih kompaktnih halo predmetov (MACHO).
Vendar se ti kandidati množično gibljejo z redom 90, kar je več teoretikov poskušalo rešiti s predlaganjem, da lahko obstaja več vrst temne snovi. Vendar bi to zahtevalo različne razlage njihovega izvora, kar bi samo še bolj zapletlo kozmološke modele. Kot je v nedavnem sporočilu za javnost Berkeley v UC Berkeley pojasnil Miguel Zumalacárregui:
"Lahko si predstavljam, da gre za dve vrsti črnih lukenj, zelo težke in zelo lahke ali črne luknje in nove delce. Toda v tem primeru je ena od komponent velikosti težja od druge in jih je treba izdelati v primerljivem številu. Prehajali bi od nekega astrofizičnega do nečesa, kar je resnično mikroskopsko, morda celo najlažja stvar v vesolju, in to bi bilo zelo težko razložiti. "
Zaradi študije je skupina izvedla statistično analizo 740 najsvetlejših odkritih supernov (od leta 2014), da bi ugotovila, ali je bilo katero od njih povečano ali razsvetljeno zaradi prisotnosti vmešane črne luknje. Ta pojav, kjer gravitacijska sila velikega predmeta povečuje svetlobo, ki prihaja iz bolj oddaljenih predmetov, je znan kot "gravitacijsko leče".
Če bi bile črne luknje v vesolju prevladujoča oblika snovi, bi se gravitacijsko povečane supernove pojavljale precej pogosto zaradi prvotnih črnih lukenj. Verjame se, da so te hipotetične oblike črne luknje nastale v nekaj milisekundah po velikem udaru v delih vesolja, kjer je bila masa koncentrirana na desetine ali stotine sončnih mas, kar je povzročilo nastanek najzgodnejših črnih lukenj.
Prisotnost te populacije črne luknje in vseh masivnih kompaktnih predmetov bi gravitacijsko upogibala in povečevala svetlobo oddaljenih predmetov na poti proti Zemlji. To bi še posebej veljalo za oddaljene supernove tipa Ia, ki jih astronomi že desetletja uporabljajo kot standardni svetlobni vir za merjenje kozmičnih razdalj in hitrosti, s katero se vesolje širi.
Po opravljeni kompleksni statistični analizi podatkov o svetlosti in oddaljenosti 740 supernov - 580 v Uniji in 740 v katalogih skupne analize svetlobne krivulje (JLA) - je skupina ugotovila, da bi moralo osem supernov biti svetlejše od nekaj desetin odstotka od tistega, kar smo zgodovinsko opazili. Vendar pa takšnih posvetlitev ni bilo zaznati, tudi ko so bile nastale črne luknje z majhno maso.
"Ne morete videti tega učinka na eni supernovi, toda ko jih zložite in naredite celostno bajesovo analizo, začnete postavljati zelo močne omejitve glede temne snovi, saj vsaka supernova šteje in jih imate toliko," je dejal Zumalacárregui.
Iz svoje analize so ugotovili, da črne luknje lahko tvorijo največ 40% temne snovi v vesolju. Po vključitvi 1.048 svetlejših supernov iz kataloga Pantheon (in na večjih razdaljah) so omejitve postale še strožje. S tem drugim naborom podatkov so dobili še spodnjo zgornjo mejo - 23% - kot v njihovi prvotni analizi.
Ti rezultati kažejo, da nobena temna snov vesolja ni iz težkih črnih lukenj ali podobnih masivnih predmetov, kot so MACHO. "Vrnili smo se k običajnim razpravam," je dejal Seljak. "Kaj je temna snov? Dejansko nam primanjkuje dobrih možnosti. To je izziv za prihodnje generacije. "
Ta študija je temeljila na prejšnjih raziskavah, ki jih je Seljak opravil v poznih devetdesetih letih prejšnjega stoletja, ko so znanstveniki razmišljali o MACHO in drugih množičnih predmetih kot možnem viru temne snovi. Vendar je bila študija omejena zaradi dejstva, da so odkrili le majhno število oddaljenih supernov tipa Ia ali takrat izmerili njihove razdalje.
Poleg tega se je iskanje Temne materije kmalu zatem preusmerilo z velikih predmetov na temeljne delce (na primer WIMP). Zato se načrti za nadaljnje preučevanje niso uresničili. Toda zahvaljujoč opazovanjem LIGO gravitacijskih valov se je ponovno pojavila možna povezava med črnimi luknjami in temno snovjo in spodbudila Seljaka in Zumalacárreguija k njihovi analizi.
"Zanimivo je, da so bile množice črnih lukenj na dogodku LIGO tam, kjer črne luknje še niso bile izključene kot temna snov," je dejal Seljak. “To je bilo zanimivo naključje, ki je vse navdušilo. Toda to je bilo naključje. "
Teorija Temne materije je bila uradno sprejeta v 70. letih prejšnjega stoletja, v času »zlate dobe relativnosti«, da se upoštevajo razlike med navidezno maso predmetov v vesolju in njihovimi opaženimi gravitacijskimi učinki. Kaže, da pol stoletja pozneje še vedno poskušamo izslediti to skrivnostno, nevidno maso. Toda z vsako raziskavo se na Dark Matter postavljajo dodatne omejitve in morebitni kandidati se izločijo.
Glede na čas bomo morda morda samo odklenili to kozmološko skrivnost in bili korak bližje razumevanju, kako se je Vesolje oblikovalo in razvijalo.
