Физики нашли в гравитационном фоне следы первичных черных дыр

Коллаборация NANOGrav зарегистрировала фоновый сигнал, предположительно имеющий гравитационно-волновую природу. Физики связали его с рождением первичных черных дыр и пришли к выводу, что в них может содержаться вся темная материя во Вселенной. Статья опубликована в журнале Physical Review Letters.

NANOGrav занимается поиском низкочастотных гравитационных волн. Чтобы задетектировать их, ученые наблюдают за сетью пульсаров, расположенных в окрестностях нашей галактики. Пульсары вращаются со строгой периодичностью, поэтому радиовспышки от них приходят тоже в виде периодического сигнала, примерно раз в миллисекунду. Если путь вспышки пересекает гравитационная волна, ритм свечения меняется. Это и позволяет ученым детектировать гравитационные волны по излучению от пульсаров.

Недавно NANOGrav опубликовала набор данных за последние 12,5 лет, который состоит из наблюдений 47 миллисекундных пульсаров, проведенных обсерваторией Аресибо и радиотелескопом Грин-Бэнк. Проанализировав данные, ученые обнаружили флуктуации в ритме свечения 45 пульсаров. Причиной этих отклонений может быть низкочастотный гравитационно-волновой фон.

Этот сигнал не похож на те, которые обычно приходят от масштабных событий во Вселенной, таких как слияние черных дыр или нейтронных звезд. Наблюдается не резкий скачок, а постоянный шум. Сотрудники NANOGrav отмечают, что сама гравитационно-волновая интерпретация требует дополнительных доказательств. Например, должны наблюдаться сильные корреляции в колебаниях свечения близко расположенных пульсаров. На получение этих данных может уйти еще около шести месяцев.

Уже сейчас ученые высказывают множество предположений о том, что является источником равномерного гравитационно-волнового шума: среди версий космические струны и первичные черные дыры. 

Первичные черные дыры — это гипотетические объекты, которые образовались во время расширения Вселенной на ранней стадии Большого взрыва. Их масса по разным предположениям лежит в диапазоне от планковской массы до нескольких миллионов масс Солнца.

Габриэль Францолини (Gabriele Franciolini), Антонио Риотто (Antonio Riotto) и Валерио де Лука (Valerio De Luca) из Университета Женевы и Национального института ядерной физики в Италии считают, что именно первичные черные дыры являются источниками обнаруженных гравитационных волн.

Они предположили, что масса первичных черных дыр колеблется от массы астероида до одной солнечной массы. Это согласуется с полученным сигналом, указывающим на черные дыры массы меньше солнечной. Ученые показали, что при таких ограничениях вся темная материя во Вселенной может содержаться в легких первичных черных дырах, большинство из которых имеет массу порядка от 10^-15 до 10^-11 солнечных масс.  

Если гравитационно-волновая природа сигнала подтвердится, в следующие пять лет NANOGrav составит более четкое представление о форме спектра, чтобы сделать выводы об источнике волн.

О том, что первичные дыры могут быть составляющими темной материи, уже рассказывал N + 1 Бернард Карр в интервью «Иногда полезно думать о чем-то несуществующем». А здесь мы писали о том, как данные NANOGrav позволили исследовать столкновение двух галактик.

Екатерина Назарова

Источник: nplus1.ru