Því miður, Stephen, Dark Matter eru ekki smá svartir holur

Frægi eðlisfræðingurinn Stephen Hawking spáði því árið 1974 að dimmt mál - hið dularfulla „eitthvað“ sem samanstendur af 85 prósent af öllu alheiminum - myndi reynast örsmáum svörtum götum sem mynduðust á fyrsta aldri efnisins. Ný rannsókn sem stjörnufræðingar gerðu við Subaru sjónaukann á Hawaii, í aðdraganda útgáfu fyrstu ítarlegu ljósmyndar af svæðinu umhverfis svarthol, sýndi að hann hafði, einkennilega, rangt.

Hawking fullyrti að svarthol sem var minna en millimetrar (1/25 tommur) í þvermál myndu gera grein fyrir þyngdaraflið sem heldur saman vetrarbrautum, auk þess að breyta snúningshraða vetrarbrauta, þar á meðal Vetrarbrautarinnar.

Andromeda Galaxy, eins og okkar eigin Vetrarbraut, er heim til dökkra efna - við vitum bara ekki hvað það er, en nú höfum við betri hugmynd um hvað það er ekki. Myndinneign: Kavli IPMU

Allt það sem dimmt mál gæti verið

Myrkt efni lýsir - eitthvað - sem ekki er hægt að sjá, gefur ekki frá sér geislun en veitir samt nægjanlega þyngdarafl til að halda vetrarbrautum saman í hópum og keyra snúningshlutfall af hlutum í útjaðri þessara stjörnu fjölskyldna. Vísbendingar um dimmt efni milli vetrarbrauta sáu fyrst af stjörnufræðingnum Fritz Zwicky árið 1933 og á áttunda áratug síðustu aldar fannst vera Rubin tilvist dökku efnisins í vetrarbrautum. Síðan þá hafa stjörnufræðingar og astrophysicists furðað sig á eðli dimms efnis og við vitum minna um hvað það er en hvað það er ekki.

„Myrk efni gæti hugsanlega verið brúnir dvergar,„ misheppnuð “stjörnur sem aldrei kviknaði vegna þess að þeim vantaði þann massa sem þurfti til að byrja að brenna. Myrk efni gæti verið hvítir dvergar, leifar kjarna dauðra lítilla til meðalstórra stjarna. Eða dökkt efni gæti verið nifteindastjörnur eða svarthol, leifar stórra stjarna eftir að þær sprungu, “útskýrir NASA í lýsingu á dimmu efni.

En, sennilega ekki…

Hins vegar eru vandamál við hverja af þessum hugmyndum. Það eru líklega ekki nægir hvítir eða brúnir dvergar til að gera grein fyrir gríðarlegu þyngdarafli sem dökkt efni hefur á sýnilegum hlutum. Neutron stjörnur og svarthol eru mjög sjaldgæf. Hugsanlegt er að dökkt efni geti verið framandi undirkerfisagnir, en vandlegar tilraunir til að greina þessar agnir hafa hingað til gengið tómar. Fermi geimsjónaukinn ætti að vera fær um að greina losun gammgeisla sem stafar af árekstri framandi dökkra efna agna, en sú leit hefur einnig skilað árangurslausu.

Ef þessar litlu svarthol eru til er búist við að þau beygi rýmið í kringum sig og valdi því að ljós frá fjarlægum stjörnum sveigist og bjartari, líkt og linsa sem einbeitir sólinni að heitu gangstéttinni. Þegar svartholið hreyfist myndi fjarlæga stjarnan verða lítil. Vísindamenn notuðu Subaru sjónaukann til að horfa á ljós frá stjörnum í Andromeda Galaxy, að leita að þessum bjartari og dimmandi áhrifum, en sáu ekki fyrirséð áhrif, sem sýnir að slíkar frumgamlar svartholar eru ekki til í því magni sem Hawking spáði.

Skýringarmynd sem sýndi hvernig þyngdarlinsun frá stjörnum í Andromeda Galaxy var að gera ráð fyrir að koma í ljós frumgróðrar svartholar. Myndinneign: Kavli IPMU

Til þess að skoða einn af þessum þyngdarlinsunartilvikum verður að vera stjörnu og frumgrænu svartholinu miðað við jörðina - sjaldgæf röðun, sem aðeins er búist við að muni endast á tímabilum sem varir á milli nokkurra mínútna og nokkurra klukkustunda tíma. Hyper Suprime-Cam á Subaru sjónaukanum, sem var hægt að mynda alla Andromeda Galaxy í einu, var notaður til að hámarka líkurnar á að sjá þessa atburði.

Hyper Suprime-Cam (HSC) festur á aðal áherslu Subaru sjónaukans. Myndinneign: Subaru sjónaukinn

Tilraunin

„Frá 190 myndum í röð af Andromeda-vetrarbrautinni sem teknar voru á sjö klukkustundum á einni skýrri nótt, hreinsaði teymið gögnin vegna hugsanlegrar linsuviðburða. Ef dökkt efni samanstendur af frumstæðum svörtum götum af tilteknum massa, í þessu tilfelli massa léttari en tunglið, bjuggust vísindamennirnir við að finna um 1000 atburði. En eftir vandlegar greiningar gátu þeir aðeins greint eitt tilvik, “sögðu vísindamenn í fréttatilkynningu frá Subaru sjónaukanum.

Þessar niðurstöður benda til þess að frumhryggur geti aðeins verið 0,1 prósent af öllu dökku efni. Hvað sem dimmt mál er, virðist svarið ekki vera litlar svartholar og skilja þessa miklu leyndardóm eðlisfræðinnar ósnortna.