Краткая история астрономии. Том 11. Темная материя - Владимир Анатольевич Моисеев

кандидатов на роль объектов MACHO являются первичные чёрные дыры, образовавшиеся в момент начального расширения Вселенной сразу после Большого взрыва. Исследования, основанные на подсчёте событий гравитационного микролинзирования света далёких сверхновых, дают существенные ограничения на возможную долю чёрных дыр с массой более 0,01 масс Солнца в составе тёмной материи — не более 23 %. Тем не менее, остаются ещё не исключённые значения масс, которые могут иметь первичные чёрные дыры, в частности, такие объекты с массами более 103 солнечных масс могут играть важную роль в космологических процессах, даже составляя очень небольшую долю тёмной материи.

Максимоны

Кроме того, высказывалось предположение, что роль частиц тёмной материи могли бы играть гипотетические планковские чёрные дыры (максимоны), являющиеся конечным продуктом эволюции обычных чёрных дыр, стабильные и более не подверженные излучению Хокинга. Эти объекты характеризует крайне малое сечение взаимодействия — порядка 10−66 см2, на 20 порядков меньше сечения взаимодействия нейтрино. Согласно данной теории, малость сечения взаимодействия нейтральных максимонов с веществом приводит к тому, что значительная (или даже основная) часть материи во Вселенной в настоящее время могла бы состоять из максимонов, не приводя к противоречию с наблюдениями.

Звезда тёмной энергии

               Звезда тёмной энергии — гипотетический астрономический объект, теоретическая альтернатива чёрным дырам.

               Гипотезу о звёздах тёмной энергии выдвинул сотрудник Ливерморской национальной лаборатории Джордж Чеплин в 2005 году. Согласно его гипотезе, при прохождении через горизонт событий падающее вещество превращается в энергию вакуума или тёмную энергию. За счёт этого пространство внутри горизонта событий будет в конечном итоге иметь отличную от нуля космологическую постоянную и будет оказывать сопротивление гравитации, вследствие чего там не будет сингулярности с исчезновением информации. В 2005 году Д. Чеплин утверждал, что на основе квантовомеханических представлений у него есть «почти полная уверенность», что чёрных дыр в природе не существует, а существуют звезды тёмной энергии. Теория звёзд тёмной энергии базируется на иных принципах, чем теория гравастара.

Часть 11-17

Темная материя и черные дыры

Содержание

(том – часть – глава)

11-17-1. Темная материя в галактиках управляет ростом черных дыр

11-17-2. В ранних галактиках обнаружили нехватку темной материи

11-17-3. Темную материю предложили искать в форме «гравитационных молекул» в составе двойных черных дыр

11-17-4. Найдены новые доказательства существования темной материи вокруг черных дыр

Глава 11-17-1

Темная материя в галактиках управляет ростом черных дыр

Февраль 2015

У каждой массивной галактики в центре имеется черная дыра (ЧД), и чем тяжелее галактика, тем больше её ЧД. Но почему возникает связь между двумя этими массами? В конце концов, ЧД в миллионы раз меньше, чем её родительская галактика, как по размерам, так и по массе. Статья опубликована в журнале The Astrophysical Journal.

               В новом исследовании астрономы изучили большое число эллиптических галактик и показали, что невидимая темная материя некоторым образом влияет на рост центральной ЧД галактики.

               «Похоже, что между количеством темной материи, содержащейся в галактике, и размером её центральной ЧД имеется какая-то таинственная связь, несмотря на то, что эти величины описывают материю на совершенно разных космических масштабах», — говорит главный автор нового исследования Акос Богдан из Гарвард-Смитсоновского астрофизического центра, США.

               Это новое исследование ставит целью разрешить неоднозначность, существующую в этой научной области. В результате предыдущих наблюдений учеными было установлено соотношение между массой центральной ЧД и суммарной массой всех звезд в эллиптических галактиках. Однако более недавние исследования указывают на строгую корреляцию между массами центральных ЧД и состоящих из темной материи гало эллиптических галактик. До сих пор ученым не было ясно, какое из этих двух соотношений имеет решающее значение.

               Изучив свыше 3000 эллиптических галактик, Богдан и его коллега Анди Гудлинг из Принстонского университета пришли к выводу, что в таких галактиках зависимость между массой гало, состоящего из темной материи, и массой центральной ЧД выражена более явно, чем зависимость между суммарной массой всех звезд галактики и массой центральной ЧД.

               Эта зависимость может быть связана с особенностями формирования эллиптических галактик, говорят ученые. Эллиптическая галактика формируется в результате слияния меньших по размерам галактик, при этом звезды и темная материя исходных галактик перемешиваются между собой. Так как масса темной материи в галактиках существенно превосходит массу нормальной материи, то темная материя «сжимает» вновь образовавшуюся галактику, управляя ростом её центральной ЧД.

Astronews, 19 февраля 2015

http://astronews.ru/cgi-bin/mng.cgi?page=news&news=6953

Журнал The Astrophysical Journal. 2015

Акос Богдан Гарвард-Смитсоновский астрофизический центр, США.

Глава 11-17-2

В ранних галактиках обнаружили нехватку темной материи 

Март 2017

Международная группа астрономов обнаружила шесть древних галактик с чрезвычайно малой долей темной материи в них. На необычное свойство указала скорость вращения звезд в них. Это означает, что в ранней Вселенной барионная материя конденсировалась в центрах гало темной материи эффективнее, чем сейчас. Ученые отмечают, что подобные наблюдения помогут уточнить модель возникновения галактик, подобных Млечному Пути, — по своим параметрам обнаруженные объекты напоминают нашу Галактику такой, какой она была десять миллиардов лет назад. Исследование опубликовано в Nature.

               Модель возникновения галактик описана сейчас лишь в общих чертах. Согласно одной из общепризнанных теорий галактики возникают из слияния нескольких звездных скоплений. Концентрирование обычной (барионной) материи ассоциировано с образованием гало темной материи вокруг галактики. На существование этого гало у галактик-ровесниц Млечного Пути указывает необычное распределение скоростей вращения звезд. Если бы гало отсутствовало, то удаление от центра галактики приводило бы к постепенному снижению скорости материи диска. Однако, согласно наблюдениям, эта скорость растет с удалением от центра, выходя на плато. Объяснить это удается лишь с помощью введения темной материи, плотность которой растет вблизи границ галактики.

               Авторы новой работы обнаружили шесть крупных галактик, в которых скорость барионной материи падает с удалением от центра. Находка была сделана в рамках обзора сотни удаленных галактик с помощью 8,2-метрового Очень большого телескопа (VLT) Южной европейской обсерватории. Все они относятся к пиковому периоду формирования звезд — примерно 10 миллиардам лет назад. Ученые оценивали скорость вращения разных участков галактик по доплеровскому сдвигу излучения атомарного водорода в их составе. Огромное разрешение VLT позволило определить сдвиг для отдельных частей галактических дисков.

               Эти галактики можно назвать идеальными объектами исследования по двум причинам. Во-первых, они