Астрофизики из Польши, Британии и Израиля опубликовали итоги анализа данных, собранных в ходе двадцатилетних оптических наблюдений Большого Магелланова Облака, которые проводились для того, чтобы выявить события, связанные с присутствием гипотетических первичных черных дыр в этом звездном скоплении. Согласно ряду космологических теорий, такие дыры не только входят в состав темной материи, но и при выполнении определенных условий могут быть ее главным и даже единственным компонентом. Теперь ученые из Варшавского университета, Уорикского университета в британском Ковентри и отдела физики частиц и астрофизики Института имени Вейцмана в израильском Реховоте пришли к выводу, что даже если первичные черные дыры в наше время реально существуют, то их доля в общей массе темной материи вряд ли превышает несколько процентов. Этот результат представлен в статье в журнале Nature 1.
Современная концепция эволюции мироздания определяется Стандартной космологической моделью с нерелятивистской холодной темной материей и темной энергией (для краткости — моделью ΛCDM, она же Concordance Model). Согласно ΛCDM, Вселенная примерно на 68% состоит из темной энергии, на 27% — из темной материи и на 5% — из обычного (барионного) вещества (плюс малые добавки от фотонов и очень легких нейтрино, если таковые присутствуют в космическом пространстве). Физическая природа темной материи и энергии пока не установлена и служит предметом активных дискуссий. Однако очень важно, что при всем при том модель ΛCDM хорошо согласуется практически со всем арсеналом данных наблюдений.
Большинство специалистов еще недавно полагало, что темная материя, скорее всего, состоит из так называемых вимпов, стабильных и достаточно массивных реликтовых частиц, которые взаимодействуют с барионной материей только посредством короткодействующих слабых сил и дальнодействующей гравитации. Многолетний поиск подобных частиц пока ни к чему не привел, несмотря на трату огромных человеческих, материальных и финансовых ресурсов. Сейчас вера в их существование заметно ослабла, но это уже самостоятельная тема. Есть, однако, и другие кандидаты, включая так называемые реликтовые (или первичные, primordial) черные дыры. Под этим термином понимают своего рода консерваты гравитационного поля, которые возникли в самые ранние эпохи существования Вселенной либо из вакуумных флуктуаций квантовых полей (например, инфлатонного поля), либо из сверхплотных сгущений горячей космической материи, вызывавших сильные локальные деформации метрики пространства. Те из деформаций, которые сохранили стабильность вплоть до нашей космологической эпохи, должны наблюдаться в виде черных дыр. Очень важно, что рождение таких дыр никак не связано с гибелью самых массивных звезд, исчерпавших свое термоядерное топливо и претерпевших гравитационный коллапс. Пока что реликтовые черные дыры не обнаружены ни в каких наблюдениях.
Теперь перейдем к статье в Nature. Пржемек Мруз и его коллеги обратились к итогам фотометрических наблюдений Большого Магелланова Облака (БМО), самого крупного и массивного галактического спутника Млечного Пути. БМО удалено от нас на смехотворное по космологическим масштабам расстояние, около 50 кпк (163 тыс. световых лет). Эта дистанция всего в пять раз превышает его собственный поперечник, около 10 кпк. Долгое время БМО считали ближайшим сателлитом Млечного Пути, однако 30 лет назад астрономы открыли карликовую галактику, удаленную на 20 кпк. А в 2003-м стало известно о существовании в созвездии Большого Пса карликовой галактики, которая расположена всего в 25 тыс. световых лет от нас (8 кпк) и в 42 тыс. световых лет от центра Млечного Пути. Барионная масса БМО определена с изрядной погрешностью, но по порядку величины она равна 10 млрд солнечных масс — плюс еще 138 миллиардов, если учесть темную материю. В отличие от нашей галактики, центр БМО, насколько сейчас известно, лишен сверхмассивной черной дыры.
Наблюдения, о которых идет речь, проводились в рамках третьего и четвертого раундов проекта OGLE (Optical Gravitational Lensing Experiment), которые растянулись на два десятилетия. В ходе этих двух раундов был проведен мониторинг оптических сигналов 78,7 млн звезд с видимой яркостью не менее 22-й звездной величины (это приблизительно 0,3% звездной популяции БМО). Сигналы проверялись на предмет выявления эффекта микролинзирования, иначе говоря, отклонения звездного света компактным гравитирующим объектом, расположенным между звездой и Землей. Микролинзирование временно увеличивает видимую яркость звезды, а также при определенных условиях размножает ее изображение или создает другие оптические аберрации, например так называемые эйнштейновские кольца либо дуги. Источником гравитационного возмущения могут быть любые центры тяготения, включая, конечно, и гипотетические первичные черные дыры.
Изменение яркости светила и другие эффекты микролинзирования можно обнаружить с помощью совмещенных с телескопом фотометрических приборов. Возможность подобных измерений впервые пришла в голову известному норвежскому астроному Сюру Рефсдалу еще в 1960-е годы, но он как-то ей не заинтересовался. В начале 1980-х аспирантка Кембриджского университета Мария Петру рассмотрела этот эффект в своей диссертации, но ничего не опубликовала. В итоге признанная международным астрономическим сообществом пальма первенства в этом деле досталась выпускнику Варшавского университета, а впоследствии профессору Принстона, блестящему астрофизику Богдану Пачинскому. В 1986 году он не только предложил использовать гравитационное микролинзирование для поиска носителей темной материи и четко объяснил, как это сделать на практике, — именно он и стал инициатором проекта OGLE.
Авторы публикации в Nature выявили 13 событий менее чем годовой продолжительности, которые прошли через все фильтры отбора и могли с достаточным основанием рассматриваться как примеры микролинзирования звездного света гравитирующими объектами, расположенными внутри Большого Магелланова Облака. Разумеется, это не обязательно должны были быть черные дыры, послезвездные или реликтовые. В этом качестве вполне могли выступать коричневые карлики, очень тусклые и потому невидимые звезды главной последовательности или, скажем, нейтронные звезды. Однако вычисления, основанные на известных данных о геометрии и звездной структуре Большого Магелланова Облака, показали, что если бы темная материя состояла исключительно из реликтовых черных дыр с массой порядка одной сотой массы Солнца, то за двадцать лет они должны были проявить свое присутствие как минимум в 1100 наблюдениях микролинзирования. Для черных дыр солнечной массы можно было ожидать 554 таких события, для дыр в десять солнечных масс — 258, в сто солнечных масс — 99, в тысячу солнечных масс — 27 событий.
Эти результаты уже сами по себе показывают, что наличие первичных черных дыр в составе темной материи маловероятно. Однако в статье даны и более конкретные оценки. Как показывает детальный статистический анализ, выполненный в ходе этого исследования, доля реликтовых черных дыр с массами в диапазоне от 1,8 × 10–4 до 6,3 массы Солнца в общей плотности массы темной материи не может превышать 1%. Даже если расширить диапазон допустимых масс до сегмента от 1,3 × 10–5 до 860 масс Солнца, эта доля вырастет только до 10%. В любом случае, если первичные черные дыры и существуют, они, скорее всего, не могут оказаться доминирующим компонентом темной материи. Кроме того, только что обнародованные результаты практически обнуляют вероятность гипотезы, согласно которой некоторые приходы волн тяготения, зарегистрированные в последние годы гравитационнными детекторами, могут объясняться столкновениями реликтовых, а не послезвездных черных дыр.
Теперь отдадим должное проекту OGLE. Он осуществляется с 1992 года Варшавским университетом под руководством одного из авторов статьи профессора Анджея Удальского, который очень успешно продолжает дело Пачинского. Главная цель проекта состоит в изучении структуры нашей галактики и обоих Магеллановых Облаков — Большого и Малого — с особым акцентом на наблюдение и классификацию переменных звезд и событий микролинзирования. В ходе первого раунда (1992–1995) его участники использовали телескоп с метровой апертурой «Генриетта Своуп», установленный в 1971 году в только что открытой Обсерватории Лас-Кампанас, расположенной в чилийской пустыне Атакама (телескоп назван в честь американского астронома Генриетты Хилл Своуп (1902–1980), которая внесла немалый вклад в изучение переменных звезд). Для следующих трех раундов применялся специально разработанный телескоп Варшавской южной обсерватории с апертурой 1,3 м, установленный также в Лас-Кампанас. В 2010 году, с начала четвертого раунда, его оснастили действующей и поныне 32-чиповой мозаичной ПЗС-камерой высокого разрешения. Помимо звездных наблюдений, участники проекта ведут поиск внесолнечных планет, который к настоящему времени увенчался как минимум семнадцатью открытиями. Однако им так и не удалось обнаружить ни одной черной дыры в гало Млечного Пути, что они, судя по всему, считали бы своим главным призом 2.
И вот что надо подчеркнуть в заключительном абзаце. Результаты Пржемека Мруза и его коллег вовсе не исключают возможности современного существования первичных черных дыр. Теории их возникновения не позже, чем через одну секунду после Большого взрыва, предсказывают широкий спектр их начальных масс — от 10–5 г до 109 масс Солнца. Однако новые результаты позволяют как минимум сильно усомниться в реальности реликтовых черных дыр тех же масс, что и дыры, оставшиеся после взрывов массивных звезд (т. е. лежащих в диапазоне от трех до пятидесяти солнечных масс), либо возникших в результате их последующих двух или нескольких слияний. Дальнейшее подтверждение этого вывода, если таковое случится, стало бы весьма нетривиальным вкладом в астрофизику и космологию.
Алексей Левин
1 Przemec Mróz et al. No massive black holes in the Milky Way halo. Nature, Vol. 632, 22 August 2024, 749–751. nature.com/articles/s41586-024-07704-6
2 Графическую информацию о «Варшавском телескопе» можно найти по адресу ogle.astrouw.edu.pl/cont/8_photogallery/gallery_lco.php
(4 оценок, среднее: 4,50 из 5)
Загрузка...
Странный вывод о том, что приходы ГВ не могут быть объяснены ПЧД. Вроде как известно относительно давно, да и я лично проверял, что, для того чтобы это случилось, достаточно порядка нескольких десятых долей процента ПЧД в ТМ. Не то, чтобы я был особый сторонник подобного рода объяснений, но, похоже, авторы не особенно хорошо разбираются в теоретической стороне вопроса. Что, впрочем, не такая уж и редкость для наблюдателей :)
Довод: «…только что обнародованные результаты практически обнуляют вероятность гипотезы, согласно которой некоторые приходы волн тяготения, зарегистрированные в последние годы гравитационнными детекторами, могут объясняться столкновениями реликтовых, а не послезвездных черных дыр.»
(1) Речь о недавних публикациях. (2) Речь о тёмной материи (название статьи, см.).
Я вроде в курсе, о чем идет речь :) Мои оценки (с соавторами) темпа гравитационно-волновых (сокращенно, ГВ) событий за счет слияния первичных черных дыр (сокращенно, ПЧД) были опубликованы в 2022 году в журнале Physical Review D, они развили идеи, которые были опубликованы другими людьми в том же журнале в 2017 году, которые, в свою очередь, развивали идеи, опубликованные в журнале The Astrophysical Journal Letters в 1997 году кое-кем еще. Начиная с работы 2017 года, речь шла именно о событиях, зарегистрированных гравитационно-волновыми антеннами, ну и во всех статьях речь шла о темной материи, сокращенно ТМ :)
Эти результаты не обнуляют эту вот вероятность, вот в чем дело :)
Я тоже. И пояснять мне, что я написал — лишнее.
Мне придётся повторить упростив предельно: речь о доли массы первичных чёрных дыр в массе тёмной материи. Так понятнее? Прямо дана оценка наибольшей доли.
Обнуляют? Что для вас значит это слово?
Давайте так — я еще раз поясню, что я имел в виду, и на этом прервем диалог, мне не нравится Ваш тон. Поясняю — общепринятые теоретические оценки говорят, что достаточно порядка нескольких десятых процента массы ПЧД в общей массе ТМ (а может быть и меньше), для того, чтобы объснить сколько ГВ событий наблюдается, в предположении о том, что эти события являтся следствием слияний ПЧД. Судя по обсуждаемой заметке, команда OGLE ограничила сверху обилие ПЧД в требуемом диапазоне масс на уровне 1-10 процентов, что явно больше ~ 0.1. Поэтому, повторяю — Эти результаты не обнуляют эту вот вероятность, вот в чем дело :)
Снимки такого типа требуют серьезного анализа фона и распознавания образов. Ошибки там нарастут немеряные ;)
Ну, на мой тут непрофессиональный взгляд, в такого рода вещах астрономы-наблюдатели разбираются как раз совсем неплохо..
Каждый пиксел на счету ;)
Складывается впечатление, что Большой взрыв был придуман для того, чтобы расширить диапазон теоретических предсказаний до бесконечности.
БВ не придуман :) но да, все ‘теории’ образования ПЧД — ‘рукосуйские’, для их производства нужно вводить новые сущности.. когда-то давно и я этим занимался, но потом раскаялся..Аз грешен есмь :) но, можно посмотреть и с другой стороны, на тему что должно быть приятно, что можно сказать хоть что-то рациональное..Вселенная ведь не образец, в лабораторию ее не притащишь и доскональному анализу не подвергнешь :)
«Вселенная ведь не образец, в лабораторию ее не притащишь и доскональному анализу не подвергнешь :)»
В лаборатории для «досконального анализа» тоже есть фундаментальные ограничения.
С другой стороны Солнечную систему тоже в лабораторию ее не притащишь, но проанализирована она в целом удовлетворительно. Особенно после Коперника и Кеплера.
Ну, СС в целом ближе, чем Вселенная :) но и для ее анализа на современном уровне точности уже недостаточно Кеплера с Коперником, Эйнштейн нужен и очень много чего ещё :)
Научный люд и с лабораторными данными таким рукосуйством умудряется заниматься, что мама не горюй. Причём, в цифровую эру рукосуйство только ширится, как ни парадоксально. Ну, а в астрофизике это, естественно, приобретает вселенский масштаб ;) БВ в плане масштабов и диапазонов представляется весьма плодотворной моделью. Кстати, если он не “придуман”, то как следует корректно выражаться? А то я тут ляпнул про открытие ТМ, дык с меня ссылки потребовали ;)
БВ наблюден, наверное :) ну, в том смысле, что и электрон, скорее, мы не его наблюдаем непосредственно, а его многочисленные следствия. Ага, согласен про рукосуев. А астрофизика бывает очень разная, от весьма прецизионной до полностью спекулятивной, со всеми промежуточными состояниями, это вся физика, только астро :)
Наблюдён – это хорошо, возьму на вооружение. Характерно, однако, что в лингвистическом плане ”наблюдён” представляет ту самую “новую сущность” ;)
Ну, как бы, вроде есть разница, когда новая сущность естественным образом объясняет несколько групп разнородных явлений и когда она высасывается из пальца для объяснения явления, которое, к тому же, достоверно и не наблюдается :) ну и БВ сложно назвать уж особо новой концепцией :)
Я имел в виду, что само слово ”наблюдён” является лингвистически новой сущностью, которую пришлось вводить для объяснения процесса формирование концепции БВ ;)
«БВ наблюден, наверное :)»
Наблюдаем мы хаббловско-леметровское красное смещение.
А расширение пространства (Фридман-Леметр)
Диссипация энергии фотона (Цвикки-Белопольский)
Изменение констант (Дирак -Беллерт-Троицкий) — интерпретации.
“Наблюдён”, как я понимаю, это не “наблюдаем”, а “порождён наблюдениями”.
Я Вам уже много раз говорил, что проявления БВ далеко не сводятся к красному смещению, с примерами итд, я не буду это повторять опять.
Да, помню. Но ситуация благодаря успешной работе JWST меняется с непредсказуемой быстротой. Посмотрите доклады Вашего коллеги Ткачева и мой на ВАК-2024.
А для любопытствующих неастрофизиков можно вкратце обрисовать изменения в ситуации? Ваше таинственное ”ускорение заканчивается и начинается перестройка” слегка напрягает и заставляет задуматься о том, что потом – опять развал, дефолт, гиперинфляция и прочий песпредел?
JWST видит галактики на z=14 (спектральные подтверждения) и z>20 (фотометрические). И рекорды постоянно растут.
«Точная космология» основаная на измерениях микроволнового фона трещит (к напряженности с постоянной Хаббла и кластеризацией (сигма — 8) добавилась проблема с реионизацией.
А вот с инфляцией все наоборот. Её ждут флагистон и светоносный эфир. Потом — смена парадигмы. Процесс болезненный.
Вот рисунок, демонстрирующий tension с реионизацией:
А вот образец спектра галактики:
А вот сегодняшняя статья:
https://arxiv.org/pdf/2409.02989
Я же просил для НЕастрофизиков ;)
Сегодня утром новая версия объединенного каталога JWST:
https://arxiv.org/pdf/2409.00169
Когда парадигма побеждает «полностью и окончательно»:
https://arxiv.org/abs/1807.06209
ускорение заканчивается и начинается перестройка:)))
Я: Найди сходства в библейском сотворении мира Словом и космологическом сотворении мира Большим Взрывом, БВ.
GPT-4: Библейское сотворение мира Словом и космологическое сотворение мира посредством БВ исходят из разных точек зрения — религиозной и научной, но между ними можно найти несколько интересных сходств:
1. Определённое начало
2. Сотворение из ничего
3. Свет как первое творение
4. Порядковая последовательность
5. Возникновение сложности
6. Роль Слова (или Закона)
7. Подлежащая тайна
— Библейское сотворение: Процесс творения в конечном итоге остаётся божественной тайной, выходящей за рамки человеческого понимания и отражающей бесконечную силу Бога.
— Теория БВ: Теория БВ, хотя и основана на научных данных, также оставляет много вопросов без ответа, таких как то, что именно вызвало Большой взрыв или что, если что-либо, было до него. Эти вопросы касаются пределов человеческого понимания.
8. Фокус на происхождении и значении:
— Библейское сотворение: Рассказ в Бытии сосредоточен на происхождении и смысле мира, подчеркивая осмысленность творения.
— Теория БВ: Теория БВ сосредотачивается на происхождении Вселенной, предлагая научное объяснение того, как всё началось. Хотя она не придаёт значения цели.
Интересных человеку сходств, ну или подобий, ИИ насчитал всего восемь.
Таким образом, мировоззрения с божьим Словом и с космологическим БВ подобны, но не тождественны, — следовательно, оба одинаково жизнеспособны.
Почти все пункты спорные, особенно 2, 3 и 5.
Пункты 2, 3 и 5 — это заголовки пунктов, — я ограничился ими с целью минимизации числа букв в комментарии.
Вот как выглядят полные ответы GPT-4 по этим пунктам, — возможно, тогда они покажутся Вам менее спорными.
2. Сотворение из ничего:
— Библейское сотворение: Библия описывает творение как **ex nihilo**, или «из ничего», когда Бог создаёт Вселенную, произнося её в бытие («И сказал Бог: да будет свет. И стал свет.» — Бытие 1:3).
— Теория Большого взрыва: Большой взрыв можно интерпретировать как событие сотворения, где Вселенная возникает из сингулярности, фактически из «ничего», так как до Большого взрыва привычные представления о пространстве и времени не применимы.
3. Свет как первое творение:
— Библейское сотворение: Первым актом творения в Библии является сотворение света, который символизирует начало порядка и жизни («Да будет свет»).
— Теория Большого взрыва: Ранняя Вселенная находилась в горячем, плотном состоянии, которое в конечном итоге охладилось, позволяя свету отделиться от материи. Этот «первый свет» наблюдается сегодня как космическое микроволновое фоновое излучение, отмечающее важный момент в развитии Вселенной.
5. Возникновение сложности:
— Библейское сотворение: История сотворения изображает постепенный переход от простоты к сложности, кульминацией которого является создание человека — самого сложного и осмысленного творения.
— Теория Большого взрыва: Эволюция Вселенной также демонстрирует переход от простых, однородных энергии и материи к сложным структурам, таким как галактики, звёзды и жизнь, причём человечество является сложным результатом космической эволюции.
Сложность в динамике, простота в статике. БВ, если это так, сложнее всего.
ИМХО
Непонятно зачем проблему черных дыр связывать с темной материей. А если ее в природе совсем нет. Если плотность звезд в галактике убывает как 1/r, то кривая вращения неизбежно будет горизонтальной . И это возможно так и для скопления галактик. Более крупная проблема состоит в том, почему плотность звезд большинства галактик ведет себя именно так.