Νέα μελέτη υποστηρίζει την (πιθανή) συσχέτιση μεταξύ αρχέγονων μελανών οπών (PBHs) και σκοτεινής ύλης

Η σκοτεινή ύλη είναι μια μυστηριώδης ουσία που συγκροτεί το μεγαλύτερο μέρος του υλικού σύμπαντος και ευρέως θεωρείται ότι συγκροτείται από κάποια μορφή εξωτικών σωματίων μεγάλης μάζας. Μια ενδιαφέρουσα εναλλακτική θεώρηση είναι ότι η σκοτεινή ύλη συγκροτείται από μαύρες τρύπες που διαμορφώθηκαν το πρώτο δευτερόλεπτο της ύπαρξης του σύμπαντος, που είναι γνωστές και ως αρχέγονες μαύρες τρύπες (PBHs).

Το egno.gr είχε παρουσιάσει (21 Μαΐου 2016) με τίτλο: “Θεωρητική μελέτη αναζητά: Τα βαρυτικά κύματα μπορεί να κρατούν το μυστικό της σκοτεινής ύλης;“, μια ενδιαφέρουσα μελέτη στην πλαίσιο της οποίας ο Simeon Bird και οι συνάδελφοί του από το Πανεπιστήμιο Johns Hopkins στο Maryland, ερεύνησαν την δυνατότητα εκτιμώντας το ρυθμό συγχώνευσης των μαύρων οπών, με μάζα 30 φορές την ηλιακή, οι PBHs να παίζουν το ρόλο της σκοτεινής ύλης. Τα αποτελέσματα φάνηκε ότι είναι συνεπή με το ρυθμό που συνάγεται από τις παρατηρήσεις της συνεργασίας LIGO.

Τώρα σε μια νέα μελέτη που δημοσιεύθηκε στις 24 Μαΐου, στο Astrophysical Journal Letters, ο επιστήμονας της NASA (στο Goddard Space Flight Center του Maryland) Alexander Kashlinsky, υποστηρίζει ότι αυτή η εναλλακτική θεώρηση για τη συγκρότηση της σκοτεινής ύλης, εναρμονίζεται με τη γνώση μας για τις κοσμικές, υπέρυθρες και ακτίνων-Χ, λάμψεις υποβάθρου και μπορεί να εξηγήσει τις απρόσμενα μεγάλες μάζες των συγχωνευόμενων μελανών οπών που ανιχνεύθηκαν τον τελευταίο χρόνο.

Στην εργασία ο Kashlinsky αναλύει τι μπορεί να έχει συμβεί αν η σκοτεινή ύλη συνίσταται από ένα πλήθος μαύρες τρύπες, όμοιες με αυτές που ανιχνεύτηκαν από τη συνεργασία LIGO. Οι μαύρες τρύπες στρεβλώνουν την κατανομή της μάζας στο πρώιμο σύμπαν, προσθέτοντας μια μικρή διακύμανση που έχει συνέπειες εκατοντάδες εκατομμύρια χρόνια αργότερα, όταν άρχισαν να σχηματίζονται τα πρώτα άστρα.

Για τα περισσότερα από το 500 εκατομμύρια πρώτα χρόνια του σύμπαντος, η κανονική ύλη παρέμενε πολύ θερμή για να συνδυαστεί στα πρώτα άστρα. Η σκοτεινή ύλη ήταν ανεπηρέαστη από τις υψηλές θερμοκρασίες επειδή, όποια και αν είναι η φύση της, πρωταρχικά αλληλεπιδρά μέσω της βαρύτητας. Εξαιτίας των αμοιβαίων έλξεων η σκοτεινή ύλη πρώτα κατέρρευσε σε συστάδες, συσσωματώματα που ονομάζονταν μινι-άλωες, τα οποία παρείχαν ένα βαρυτικό σπόρο που επέτρεψε τη κανονική ύλη να συσσωρευτεί. Θερμό αέριο κατέρρευσε προς τις μινι-άλωες, καταλήγοντας σε θύλακες αερίου αρκετά πυκνούς για περαιτέρω ενδο-κατάρρευση διαμορφώνοντας τα πρώτα άστρα.

Ο Kashlinsky στην εργασία του δείχνει ότι αν η μαύρες τρύπες παίζουν το ρόλο της σκοτεινής ύλης, οι διαδικασίες αυτές συμβαίνουν πολύ γρήγορα και παράγουν την δομή του υπέρυθρου κοσμικού υποβάθρου (CIB) που ανιχνεύθηκε στα δεδομένα του Spitzer Space Telescope, της NASA, ακόμη και αν ένα μικρό μόνο κλάσμα από τις μίνι-άλωες κατάφερναν να παραγάγουν αστέρια.

Η έρευνα φαίνεται πως σε αυτή την περιοχή μόλις άρχισε. Η συνέχεια επικεντρώνεται στην αποστολή Ευκλείδης της ESA, που σχεδιάζεται να εκτοξευθεί το 2020 για να πραγματοποιήσει μετρήσεις του CIB με τη μεγαλύτερη δυνατή ακρίβεια μέσω του προγράμματος LIBRAE.

Πηγή: NASA

Περισσότερα στην εργασία: LIGO Gravitational Wave Detection, Primodial Black Holes, and the Near-IR Cosmic Infrared Background Anisotropies, Astrophysical Journal Letters, Volume 823, Number 2