U veljači 2016., znanstvenici koji su radili u Laser Interferometer Gravitacijsko-valnom opservatoriju (LIGO) ušli su u povijest kada su najavili prvo otkrivanje gravitacijskih valova. Od tog vremena dogodilo se višestruko otkrivanje i znanstvena suradnja između opservatorija - poput Napredne LIGO i Napredne Djevice - omogućavaju neviđenu razinu osjetljivosti i razmjenu podataka.
Ovaj događaj nije samo potvrdio stoljetno predviđanje Einsteinove teorije opće relativnosti, već je i doveo do revolucije u astronomiji. Također je potaknula nade nekih znanstvenika koji su vjerovali da bi crne rupe mogle objasniti „nestalu masu“ svemira. Nažalost, nova studija tima fizičara iz UC Berkeleyja pokazala je da crne rupe nisu dugo traženi izvor Dark Mattera.
Njihova studija "Ograničenja kompaktnih objekata zvjezdane mase kao tamna materija iz gravitacijskog lečenja tipa Ia supernova" nedavno se pojavila u časopisu Pisma o fizičkom pregledu, Studiju je vodio Miguel Zumalacarregu, globalna suradnica Marie Curie iz Berkeley Centra za kozmološku fiziku (BCCP), uz podršku Uroša Seljaka - profesora kozmologije i ko-direktora BCCP-a.
Jednostavno rečeno, Mračna materija i dalje je jedna od najnevjerojatnijih i najsurovijih misterija s kojima se astronomi danas suočavaju. Unatoč činjenici da ona čini 84,5% materije u Svemiru, svi pokušaji da se to otkrije nisu uspjeli. Predloženi su mnogi kandidati, u rasponu od ultralakih čestica (sjekira) do masivnih čestica slabog utjecaja (WIMPS) i masivnih kompaktnih halo objekata (MACHO).
Međutim, ti se kandidati kreću u masi redom od 90, što je nekoliko teoretičara pokušalo riješiti sugerirajući da bi moglo postojati više vrsta tamne materije. Međutim, ovo bi zahtijevalo različita objašnjenja o njihovom podrijetlu, što bi samo dodatno zakompliciralo kozmološke modele. Kao što je Miguel Zumalacárregui objasnio u nedavnom priopćenju za UC Berkeley:
"Mogu zamisliti da su to dvije vrste crnih rupa, vrlo teške i vrlo lagane, ili crne rupe i nove čestice. Ali u tom su slučaju jedna od komponenti veličine veće težine od druge i potrebno ih je proizvesti u usporednom obilju. Prelazili bismo od nečeg astrofizičkog do nečega što je doista mikroskopsko, možda čak i najlakša stvar u svemiru, a to bi bilo vrlo teško objasniti. "
Za potrebe svoje studije, tim je proveo statističku analizu 740 najsjajnijih supernova otkrivenih (od 2014.) kako bi utvrdio je li bilo koji od njih uvećan ili posvijetljen prisustvom crne rupe koja intervenira. Ovaj fenomen, gdje gravitacijska sila velikog predmeta povećava svjetlost koja dolazi iz udaljenijih objekata, poznat je pod nazivom "gravitacijsko leće".
U osnovi, ako su crne rupe bili dominantan oblik materije u Svemiru, tada bi se gravitacijski uvećane supernove često pojavljivale zbog iskonskih crnih rupa. Smatra se da su se ovi hipotetički oblici crne rupe formirali u prvih nekoliko milisekundi nakon Velikog praska u dijelovima Svemira gdje je masa bila koncentrirana na desetine ili stotine Sunčevih masa, što je uzrokovalo formiranje najranijih crnih rupa.
Prisutnost ove populacije crnih rupa, kao i svih masivnih kompaktnih objekata, gravitacijski bi se savijala i povećala svjetlost iz udaljenih objekata na putu prema Zemlji. To bi se posebno odnosilo na daleke supernove tipa Ia, koje astronomi decenijama koriste kao standardni izvor svjetline za mjerenje kozmičkih udaljenosti i brzine kojom se Svemir širi.
No, nakon provođenja složene statističke analize podataka o svjetlini i udaljenosti od 740 supernova - 580 u Uniji i 740 u katalozima Zajedničke analize svjetlosne krivulje (JLA) - tim je zaključio da bi osam supernova trebalo biti svjetlije od nekoliko desetina posto od onoga što je povijesno uočeno. Međutim, takvo osvjetljavanje nije otkriveno, čak ni kada su se crne rupe male mase uzele u obzir.
"Ne možete vidjeti ovaj efekt na jednoj supernovi, ali kada ih sastavite i napravite potpunu Bayesovu analizu, počinjete stavljati vrlo snažna ograničenja na tamnu tvar, jer svaka supernova broji, a imate ih toliko", rekao je Zumalacárregui.
Iz njihove su analize zaključili da crne rupe mogu sačinjavati ne više od oko 40% tamne materije u Svemiru. Nakon što su u Pantheon katalog (i na veće udaljenosti) uključili 1.048 svjetlijih supernova, ograničenja su postala još čvršća. Pomoću ovog drugog skupa podataka dobili su još gornju gornju granicu - 23% - nego u originalnoj analizi.
Ovi rezultati sugeriraju da se nijedna tamna tvar Svemira ne sastoji od teških crnih rupa ili sličnih masivnih predmeta poput MACHO-a. "Povratak smo standardnoj raspravi", rekao je Seljak. "Što je tamna tvar? Doista, nedostaje nam dobrih opcija. Ovo je izazov za buduće generacije. "
Ova studija temeljila se na ranijim istraživanjima koje je Seljak proveo krajem devedesetih kada su znanstvenici razmatrali MACHO-ove i druge masivne predmete kao mogući izvor tamne materije. Međutim, studija je bila ograničena zbog činjenice da je otkriven samo mali broj udaljenih supernova tipa Ia ili su im tada bile izmjerene njihove udaljenosti.
Pored toga, potraga za Mračnom Matterom ubrzo se nakon toga pretvorila s velikih objekata na temeljne čestice (poput WIMP-a). Kao rezultat, planovi za daljnje praćenje nisu se ostvarili. Ali zahvaljujući LIGO opažanjima gravitacijskih valova, ponovno se pojavila moguća veza između crnih rupa i tamne materije i nadahnula Seljaka i Zumalacárreguija da provode svoju analizu.
"Ono što je intrigantno bilo je da su mase crnih rupa na LIGO događaju bile tamo gdje još uvijek nisu bile isključene crne rupe kao tamna tvar", rekao je Seljak. "To je bila zanimljiva slučajnost koja je sve uzbuđivala. Ali to je bila slučajnost. "
Teorija Mračne materije službeno je usvojena 1970-ih, za vrijeme "Zlatnog doba relativnosti", kako bi se objasnile razlike između prividne mase objekata u Svemiru i njihovih opaženih gravitacijskih efekata. Čini se da pola stoljeća kasnije još uvijek pokušavamo pronaći ovu tajnovitu, nevidljivu masu. No, sa svakim se istraživanjem postavljaju dodatna ograničenja za Dark Matter i mogući kandidati eliminirani.
S obzirom na vrijeme, možda bismo upravo mogli otključati ovu kozmološku misteriju i biti korak bliže razumijevanju načina na koji se svemir formirao i razvijao.
