Исследование исключает первичные черные дыры как кандидатов в темную материю

Некоторые физики-теоретики исследовали возможность того, что первичные черные дыры вносят значительный вклад в предсказанное обилие темной материи во Вселенной, или, другими словами, что они являются основными кандидатами в темную материю. Наблюдения за гравитационными волнами, собранные коллаборацией LIGO-Virgo-KAGRA, и ограничения, установленные этими наблюдениями, предполагают, что это маловероятно. 

Тем не менее, некоторые недавние исследования показали, что кластеризация первичные черные дыры во время формирования может изменить скорость их слияния, что потенциально позволит получить значения в рамках ограничений, установленных LIGO-Virgo-KAGRA. Эта кластеризация также потенциально может повлиять на существующие границы микролинзирования, поскольку кластеры первичных черных дыр будут действовать как массивная одиночная линза, которую нельзя изучить с помощью исследований микролинзирования. 

Исследователи из Женевского университета, Римского университета Сапиенца и Национальный институт химической физики и биофизики Эстонии недавно провели теоретическое исследование, в котором дополнительно оценивается гипотеза о том, что изначально сгруппированные первичные черные дыры могут быть кандидатами в темную материю. В их статье, опубликованной в журнале Physical Review Letters, приводится относительно простой аргумент, который исключает такую возможность.

«Наша работа была мотивирована утверждением, еще не подтвержденным литературой, о том, что первичные черные дыры с околосолнечными массами могли бы избежать нынешних сильных ограничений, связанных с микролинзированием, если бы были сильно сгруппированы», — Антонио Риотто, один из исследователей. «Наше исследование доказало, что это утверждение неверно. Идея проста: сгруппированные первичные черные дыры могут избежать границы микролинзирования, если кластеризация достаточно сильна, но это будет противоречить другому набору данных, поступающих из леса Лайман-альфа, который предполагает, что для этого потребуется слабая кластеризация».

В анализе Риотто и его коллеги объединили ограничения микролинзирования, установленные предыдущими астрономическими наблюдениями, с данными о лесах Лайман-альфа. Лес Лайман-альфа — это явление поглощения, которое можно наблюдать с помощью инструментов астрономической спектроскопии, проявляющееся в виде линий поглощения в спектрах далеких галактик и квазаров.

Эти линии поглощения стали важным объектом в астрофизике, особенно в исследованиях флуктуаций плотности во Вселенной. В статье исследователи показали, что данные о лесах Лайман-альфа предполагают, что для избегания существующих ограничений микролинзирования, первичные черные дыры должны быть слабо, а не сильно сгруппированы, что противоречит широко распространенной теоретической идее, которую они оценивали.

«Наш анализ исключает возможность того, что первичные черные дыры могут быть темной материей Вселенной, если их массы приближаются к звездным», — добавил Риотто. «В следующих работах мы планируем дополнительно исследовать роль первичных черных дыр, чтобы посмотреть, могут ли они объяснить другие интересные наблюдения, такие как присутствие галактик с большими красными смещениями».