Поиски частиц темной материи, стоившие миллиарды долларов, кончились ничем, отчего уже несколько лет набирает популярность другая идея: «невидимую материю» составляют черные дыры. Однако авторы нового исследования отрицают такое объяснение, создавая массу новых вопросов.
Основная часть массы Вселенной состоит из невидимой темной материи. О ее существовании астрономы узнали, когда выяснили, что края галактических дисков повсеместно вращаются так же быстро, как их центральные области. С точки зрения гравитации это немыслимо — скажем, планеты Солнечной системы вращаются тем медленнее, чем они дальше от Солнца, — если только края галактических дисков не раскручивает какая-то огромная темная масса. В начале XXI века лидирующими кандидатами на ее роль были вимпы и другие гипотетические частицы.
Но наблюдения последних лет показывают, что темная материя не может состоять из частиц: в этом случае те неизбежно создавали бы трение при столкновении скоплений галактик, отчего скопления при столкновениях эффективно тормозились. На практике (например, в скоплении галактик Пуля) такого торможения не наблюдается. Наконец, не принесли никаких плодов и десятки лет поисков вимпов на самых разных ускорителях, включая БАК.
Поэтому, как ранее отмечал Naked Science, появилось иное объяснение проблемы темной материи. Его сторонники предполагают, что она состоит из черных дыр, собранных в плотные шаровые скопления черных дыр, почти лишенные звезд. На это же указывают данные гравитационно-волновой обсерватории LIGO, с 2015 года обнаружившей волны от слияния как минимум 90 черных дыр умеренной массы. Десять слияний в год только в окрестностях Земли — очень большая величина, которую нельзя объяснить без высокой концентрации во Вселенной пока не найденных астрономами черных дыр.
В новой научной работе, вышедшей в журнале Nature (полный текст), польские астрономы попытались оспорить идею о том, что темная материя состоит в основном из черных дыр. Исследование на том же материале практически одновременно опубликовали в The Astrophysical Journal Supplement Series.
Авторы новых работ использовали наблюдения за гравитационным микролинзированием. Так называют искажение фоновых объектов в момент прохождения между ними и Землей какого-то массивного объекта — например, черной дыры. Ученые учли данные наблюдений более чем 76 миллионов звезд галактики Большое Магелланово Облако (примерно 1% от всех ее звезд) за последние два десятка лет.
Затем исследователи рассчитали, сколько микролинзирующих событий астрономы наблюдали бы в случае равномерного распределения черных дыр разных масс за границами диска нашей Галактики. Получилось, что если 100% темной материи состоит из черных дыр в 10 масс Солнца, то микролинзирующих событий в их наблюдениях должно быть 258. А если из ЧД в 100 масс Солнца, то «микролинз» нашли бы 99.
Однако на практике автоматизированный и ручной поиск дали всего 13 микролинзирующих событий, меньше одного на пять миллионов отслеживаемых звезд. Это не просто очень малое событие, но и в теории вполне объяснимое обычными звездами Млечного Пути и Большого Магелланова Облака.
В связи с этим исследователи постулируют, что массивные ЧД (под такими понимают ЧД в 10 масс Солнца и более) могут составлять не более нескольких процентов от всей массы темной материи во Вселенной. Даже если посчитать черные дыры с массой до 860 солнечных, они могут дать не более 10% темной материи. Да и более крупные ЧД вовсе не могут претендовать на эту роль.
К сожалению, авторы ограничились разбором черных дыр, равномерно распределенных в окрестностях галактик, — гипотезы, возникшей десятки лет назад и уже приличной устаревшей. При этом ученые не затронули весьма популярную группу теорий, о которой говорится выше: что черная материя состоит из плотных шаровых скоплений черных дыр.
В таком случае количество микролинзирующих событий должно быть довольно малым. Если одно такое скопление состоит из тысячи и десятков тысяч ЧД, то «микролинз» в исследованной астрономами выборке может быть всего несколько.
Между тем ранее в 2024 году уже сообщалось об открытии шарового скопления, почти лишенного звезд, но довольно массивного. Речь идет о Большой Медведице III — скоплении из 60 звезд, суммарной массой в 16 солнечных. Его общая масса не ниже 74 000 солнечных, что явно указывает на доминирование темной материи в составе. Поскольку астрономы-наблюдатели, как правило, не в курсе последних теорий о природе темной материи, они классифицировали этот объект как «карликовую галактику», ведь у обычных шаровых скоплений гало из темной материи, в рамках гипотезы вимпов, существовать не может.