Космологи и астрономы исследуют темную материю и черные дыры. Главные научные новости сегодняшнего дня
О черных дырах мы знаем мало, о темной материи — практически ничего. Но темнота не пугает ученых. Даже наоборот
Кажется, совсем недавно — в 2016 году — были впервые зарегистрированы гравитационные волны. Их «почувствовали» детекторы LIGO и Virgo. Они уловили возмущение пространства-времени, порожденное слиянием двух черных дыр. Теперь опубликован целый каталог гравитационных событий, зарегистрированный гравитационными детекторами LIGO, Virgo и KAGRA. Таких событий 35. Среди них большинство — это волны, возникшие при слиянии двух черных дыр. Два события, вероятно, вызваны поглощением черной дырой нейтронной звезды. Есть и странные наблюдения: черная дыра сталкивается с «загадочным объектом», масса которого примерно в 2,8 раза больше массы Солнца. Он слишком массивный для нейтронной звездой, но слишком легкий для черной дыры. Гравитационная астрономия только начинается, но это сильное начало.
На сегодня гравитационные детекторы практически единственный инструмент наблюдения массивных черных дыр. Международная команда во главе с Петером Джонкером из Университета Неймегена, Нидерланды попыталась ответить на вопрос: почему гравитационные детекторы тяжелые черные дыры регистрируют, а телескопы никаких следов этих же черных дыр не видят? Массивные черные дыры в принципе можно наблюдать, если они поглощают звезду-компаньона, но увидеть этот процесс не удается. В новой работе астрономы выдвинули такую гипотезу. У легких и тяжелых черных дыр — разный процесс образования. Легкие (несколько солнечных масс) образуются чаще всего в результате взрыва сверхновой. Звезда разбрасывает вещество и к тому же может сместиться относительно плоскости галактики — в более разреженные области. Тяжелые черные дыры образуются в результате коллапса звезды-предшественницы. В результате — они остаются на месте, а вокруг них образуется огромное облако пыли и газа, выброшенных при коллапсе. Поэтому легкие — в телескоп заметить можно, а тяжелые — не получается. Действительно ли это так, мы, вероятно, узнаем очень скоро: космический телескоп Джеймс Уэбб умеет «видеть» сквозь пыль. А до его старта остается немногим больше месяца. Запуск 18 декабря.
Примерно четверть массы нашей Вселенной приходится на темную материю. Ее нельзя увидеть в электромагнитном диапазоне (как и черную дыру). Единственное ее проявление — это гравитация. Темной материи примерно в пять раз больше, чем обычной. Почему ее так много — непонятно. В новом исследовании космологи из Университета Осло предложили модель образования темной материи, объясняющую ее преобладание. Сразу после Большого взрыва темной материи не было. Но из-за крайне высокой плотности обычной материи, она начала преобразовываться в темную. Появившись, темная материя запустила своего рода автокаталитический процесс: она начала активно воздействовать на обычную, и та стала все быстрее «переходить на темную сторону». Этот процесс экспоненциально ускорялся, но по мере разлета обычной материи падала ее плотность, и скорость образования темной материи замедлилась. Самое любопытное, что эту модель можно проверить. Интенсивный процесс образования темной материи должен был оставить характерный след в микроволновом излучении, дошедшем до нас из ранней Вселенной. И этот след норвежские космологи теоретически описали. Осталось его увидеть. Возможно, это удастся и ждать осталось не так и долго.
В начале ноября американская Национальная академия наук обнародовала очередной «десятилетний обзор» Astro2020 Decadal Survey (ADS), который послужит основой для новых астрономических проектов и исследований на 2022-2032 годов. Среди других проектов есть и такой: в Чили и Антарктиде должна быть развернута обсерватории CMB-24 – более 20 телескопов для исследования микроволнового фона Вселенной. В частности, если мы в высоком разрешении увидим микроволной фон, то сможем найти характерный след от образования темной материи, о котором пишут норвежские космологи. Если это случится, мы начнем хоть как-то в этой «темноте» разбираться.
