Фізики знайшли в гравітаційному тлі сліди первинних чорних дір

Колаборація NANOGrav зареєструвала фоновий сигнал, який імовірно має гравітаційно-хвильову природу. Фізики пов'язали його з народженням первинних чорних дір і дійшли висновку, що в них може міститися вся темна матерія у Всесвіті. Стаття опублікована в журналі.

NANOGrav займається пошуком низькочастотних гравітаційних хвиль. Щоб задетектувати їх, вчені спостерігають за мережею пульсарів, розташованих в околицях нашої галактики. Пульсари обертаються зі суворою періодичністю, тому радіовспишки від них приходять теж у вигляді періодичного сигналу, приблизно раз на мілісекунду. Якщо шлях спалаху перетинає гравітаційну хвилю, ритм світіння змінюється. Це і дозволяє вченим детектувати гравітаційні хвилі з випромінювання від пульсарів.

Нещодавно NANOGrav опублікувала набір даних за останні 12,5 років, який складається зі спостережень 47 мілісекундних пульсарів, проведених обсерваторією Аресібо і радіотелескопом Грін-Бенк. Проаналізувавши дані, вчені виявили флуктуації в ритмі світіння 45 пульсарів. Причиною цих відхилень може бути низькочастотний гравітаційно-хвильовий фон.

Цей сигнал не схожий на ті, які зазвичай приходять від масштабних подій у Всесвіті, таких як злиття чорних дір або нейтронних зірок. Спостерігається не різкий стрибок, а постійний шум. Співробітники NANOGrav відзначають, що сама гравітаційно-хвильова інтерпретація вимагає додаткових доказів. Наприклад, повинні спостерігатися сильні кореляції в коливаннях світіння близько розташованих пульсарів. На отримання цих даних може піти ще близько шести місяців.

Вже зараз вчені висловлюють безліч припущень про те, що є джерелом рівномірного гравітаційно-хвильового шуму: серед версій космічні струни і первинні чорні діри.

Первинні чорні діри - це гіпотетичні об'єкти, які утворилися під час розширення Всесвіту на ранній стадії Великого вибуху. Їх маса за різними припущеннями лежить в діапазоні від планківської маси до декількох мільйонів мас Сонця.

Габріель Францоліні (Gabriele Franciolini), Антоніо Ріотто (Antonio Riotto) і Валеріо де Лука (Valerio De Luca) з Університету Женеви і Національного інституту ядерної фізики в Італії вважають, що саме первинні чорні діри є джерелами виявлених гравітаційних хвиль.

Вони припустили, що маса первинних чорних дір коливається від маси астероїда до однієї сонячної маси. Це узгоджується з отриманим сигналом, що вказує на чорні діри маси менше сонячної. Вчені показали, що при таких обмеженнях вся темна матерія у Всесвіті може міститися в легких первинних чорних дірах, більшість з яких має масу близько від 10^-15 до 10^-11 сонячних мас.

Якщо гравітаційно-хвильова природа сигналу підтвердиться, в наступні п'ять років NANOGrav складе більш чітке уявлення про форму спектру, щоб зробити висновки про джерело хвиль.

Від редактора

Після публікації нотатки ми змінили заголовок на більш вдалий.

Про те, що первинні діри можуть бути складовими темної матерії, вже розповідав Бернард Карр в інтерв'ю «Іноді корисно думати про щось неіснуюче». А тут ми писали про те, як дані NANOGrav дозволили дослідити зіткнення двох галактик.