Vật chất tối không được tạo thành từ những lỗ đen nhỏ

Một nhóm các nhà nghiên cứu quốc tế đã đưa ra một lý thuyết được suy đoán bởi Stephen Hawking vào thử nghiệm nghiêm ngặt nhất của nó cho đến nay, và kết quả của họ đã loại trừ khả năng các lỗ đen nguyên thủy nhỏ hơn một phần mười milimet tạo thành phần lớn vật chất tối. Chi tiết về nghiên cứu của họ đã được công bố trong Thiên văn học thiên nhiên tuần này .

Các nhà khoa học biết rằng 85% vật chất trong Vũ trụ được tạo thành từ vật chất tối. Lực hấp dẫn của nó ngăn các ngôi sao trong Dải Ngân hà của chúng ta bay ra. Tuy nhiên, các nỗ lực phát hiện các hạt vật chất tối như vậy bằng các thí nghiệm dưới lòng đất hoặc thí nghiệm máy gia tốc bao gồm máy gia tốc lớn nhất thế giới, Máy va chạm Hadron Lớn, đã thất bại cho đến nay.

Điều này đã khiến các nhà khoa học xem xét lý thuyết năm 1974 của Hawking về sự tồn tại của các lỗ đen nguyên thủy, được sinh ra ngay sau Vụ nổ lớn, và suy đoán của ông rằng chúng có thể chiếm một phần lớn các vật chất tối khó nắm bắt đang cố gắng khám phá ngày nay.

Một nhóm các nhà nghiên cứu quốc tế, do Viện Vật lý và Toán học của Kavli dẫn đầu, Masahiro Takada, nghiên cứu sinh tiến sĩ Hiroko Niikura, Giáo sư Naoki Yasuda, và bao gồm các nhà nghiên cứu từ Nhật Bản, Ấn Độ và Hoa Kỳ, đã sử dụng hiệu ứng thấu kính hấp dẫn để tìm kiếm các lỗ đen nguyên thủy giữa Trái đất và thiên hà Andromeda. Thấu kính hấp dẫn, một hiệu ứng đầu tiên được đề xuất bởi Albert Einstein, biểu hiện như sự bẻ cong của các tia sáng đến từ một vật thể ở xa như một ngôi sao do hiệu ứng hấp dẫn của một vật thể lớn can thiệp như lỗ đen nguyên thủy. Trong trường hợp cực đoan, sự uốn cong ánh sáng như vậy làm cho ngôi sao nền xuất hiện sáng hơn nhiều so với ban đầu.

Tuy nhiên, hiệu ứng thấu kính hấp dẫn là những sự kiện rất hiếm vì nó đòi hỏi một ngôi sao trong thiên hà Andromeda, lỗ đen nguyên thủy đóng vai trò là thấu kính hấp dẫn và là người quan sát trên Trái đất để khớp chính xác với nhau. Vì vậy, để tối đa hóa cơ hội chụp sự kiện, các nhà nghiên cứu đã sử dụng máy ảnh kỹ thuật số Hyper Suprime-Cam trên kính viễn vọng Subaru ở Hawaii, có thể chụp toàn bộ hình ảnh của thiên hà Andromeda trong một lần chụp. Có tính đến việc các lỗ đen nguyên thủy dự kiến ​​sẽ di chuyển nhanh như thế nào trong không gian giữa các vì sao, nhóm nghiên cứu đã chụp nhiều hình ảnh để có thể bắt được ánh sáng của một ngôi sao khi nó phát sáng trong khoảng thời gian vài phút đến vài giờ do thấu kính hấp dẫn.

Từ 190 hình ảnh rõ ràng liên tiếp của thiên hà Andromeda được thực hiện liên tục 7 giờ trong một đêm, nhóm nghiên cứu đã tìm kiếm dữ liệu cho các sự kiện thấu kính hấp dẫn tiềm năng. Nếu vật chất tối bao gồm các lỗ đen nguyên thủy của một khối lượng nhất định, thì trong trường hợp này khối lượng nhẹ hơn mặt trăng, các nhà nghiên cứu dự kiến ​​sẽ tìm thấy khoảng 1000 sự kiện. Nhưng sau khi phân tích cẩn thận, họ chỉ có thể xác định một trường hợp. Kết quả của nhóm cho thấy các lỗ đen nguyên thủy có thể đóng góp không quá 0,1 phần trăm khối lượng vật chất tối. Do đó, không chắc lý thuyết là đúng.

Các nhà nghiên cứu hiện đang lên kế hoạch phát triển hơn nữa phân tích của họ về thiên hà Andromeda. Một lý thuyết mới mà họ sẽ điều tra là tìm xem liệu các lỗ đen nhị phân được phát hiện bởi máy dò sóng hấp dẫn LIGO có thực sự là các lỗ đen nguyên thủy hay không.

Nguồn tin tức:

Tài liệu được cung cấp bởi Viện Vật lý và Toán học của Kavli . Lưu ý: Nội dung có thể được chỉnh sửa cho kiểu dáng và độ dài.

Tạp chí tham khảo :

1. Hiroko Niikura, Masahiro Takada, Naoki Yasuda, Robert H. Lupton, Takahiro Sumi, Surhud More, Toshiki Kurita, Sunao Sugiyama, Anupreeta More, Masamune Oguri, Masashi Chiba. Các ràng buộc microlensing trên các lỗ đen nguyên thủy với các quan sát Subaru / HSC Andromeda . Thiên văn học thiên nhiên , 2019; DOI: 10.1038 / s41550-019-0723-1