Первичные черные дыры никогда не удавалось наблюдать напрямую, но ученые предполагают, что именно они могут объяснить происхождение темной материи — недостающей массы Вселенной. Новое исследование специалистов Оклендского университета в Мичигане и Университета Райса в Техасе, ставит под сомнение эту теорию, по крайней мере в отношении определенного типа первичных черных дыр.
Речь идет о черных дырах «астероидной массы» — объектах весом от 10¹⁴ до 10¹⁷ граммов. Еще Стивен Хокинг показал, что черные дыры не совсем «черные»: из‑за квантовых эффектов они излучают тепло (так называемое излучение Хокинга) и со временем испаряются. Чем меньше масса черной дыры, тем интенсивнее излучение и быстрее испарение. Объекты легче примерно 10¹⁴ г, скорее всего, уже полностью «сгорели» за 13,8 млрд лет истории Вселенной. А вот дыры в диапазоне астероидных масс как раз должны доживать свою жизнь и особенно ярко светиться в гамма‑диапазоне.
Проблема в том, что сигнал от таких черных дыр буквально теряется в сложном узоре сигналов внегалактического гамма-фона — диффузного свечения гамма-лучей, исходящих со всех направлений к Млечному Пути. Чтобы выделить сигнал, исходящий именно от первичных черных дыр, астрономы создали модель для вычитания большинства известных источников гамма-излучения, таких как блазары, радиогалактики и даже гамма-лучи от столкновения космических лучей с инфракрасным фоном космоса.
Кроме того, авторы работы разработали новый скрипт на Python под названием GammaPBHPlotter, моделирующий черные дыры астероидной массы с экстремальной детализацией, включая излучение Хокинга, распад нестабильных частиц и, что критически важно, гамма-лучи от позитронов, испускаемых при аннигиляции электронов черной дырой.
Результаты оказались неутешительными для теории первичных черных дыр астероидной массы. Ученые обнаружили, что объекты массой около 10¹⁴ граммов не могут составлять более одной десятимиллиардной части наблюдаемой темной материи. Однако для нескольких более крупных черных дыр массой около 3×10¹⁶ граммов расчеты показали, что они могут составлять максимум 6% темной материи — это не слишком значительная доля, но она точно гораздо больше, чем одна десятимиллиардная часть.
Для окончательного решения вопроса необходимы более совершенные телескопы. Авторы использовали данные инструментов EGRET и COMPTEL с обсерватории Комптон, выведенной с орбиты более 26 лет назад. Надежда на новые миссии AMEGO-X и e-ASTROGAM, которые, возможно, смогут окончательно определить, являются ли более массивные первичные черные дыры источником недостающей материи Вселенной.
Ранее астрономы выяснили, как ветры черной дыры лишают галактики звезд.
Источник: hi-tech.mail.ru