«Пули» первичных черных дыр, движущиеся со скоростью, в 7000 раз превышающей скорость звука, могут проникнуть в нашу Солнечную систему, что, возможно, вызовет небольшое колебание в движении Марса. В конечном счете, измерение этого колебания может помочь решить одну из самых актуальных загадок науки: истинную природу темной материи.
Ученые полагают, что первичные черные дыры возникли в начале времен. Эти объекты сильно отличаются от так называемых «астрофизических черных дыр», таких как Стрелец А* (Sgr A*), лежащих в центре Млечного Пути. Например, тогда как Стрелец А* имеет массу около 4,3 миллион Предположительно, первичные черные дыры были такими же массивными, как астероид или небольшая луна, и были намного меньше атомов, их масса примерно в 200 раз превышала массу Солнца.
Некоторые ученые также предполагают, что скопления этих маленьких черных дыр могут быть ответственны за темную материю, которая является самой загадочной «материей» во Вселенной. Однако другие утверждают, что первичные черные дыры, возможно, давно испарились, испустив так называемое «излучение Хокинга», а это означает, что их нельзя подозревать в темной материи в современной Вселенной. Теперь группа физиков предлагает способ разрешить спор: посредством детальных наблюдений Марса.
Ученые предполагают, что если первичные черные дыры представляют собой темную материю, они должны быстро проходить через Солнечную систему хотя бы раз в десятилетие. Этот пролет может вызвать «колебание» орбиты Марса, которое можно обнаружить с помощью современных технологий благодаря тщательному документированию орбиты Красной планеты.
Связано с: Новое галактическое изображение, полученное камерой Dark Energy Camera, исследует центр темной материи.
«Благодаря десятилетиям точности телеметрии ученые знают расстояние между Землей и Марсом с точностью около 10 сантиметров». [3.9 inches]«Член команды Дэвид Кайзер, профессор истории науки Массачусетского технологического института, Об этом он сказал в своем заявлении«Мы используем преимущества этой высокоинструментальной области космоса, чтобы попытаться добиться небольшого эффекта.
«Если мы это увидим, это станет реальной причиной продолжить реализацию этой интересной идеи о том, что вся темная материя состоит из черных дыр, которые возникли менее чем через секунду после Большого взрыва и циркулируют по Вселенной в течение 14 миллиардов лет. »
Большая проблема, маленькое решение
Чтобы понять, почему темная материя является такой огромной проблемой для физиков, учтите тот факт, что она превосходит «обычные» частицы в пять раз. Это означает, что каждая звезда, планета, луна, астероид, газовое облако, ракета, спутник или космический корабль, о которых вы читаете на Space.com или наблюдаете в свой задний телескоп, составляет менее 20% общей массы Вселенной.
Ученые знают, что темная материя не может состоять из атомов, которые, в свою очередь, состоят из протонов, нейтронов и электронов. Это происходит потому, что эти частицы взаимодействуют со светом, а точнее с электромагнитным излучением. Темная материя не взаимодействует со светом, а если и взаимодействует, то это взаимодействие происходит слишком слабо, чтобы его можно было обнаружить. Это делает темную материю практически невидимой для нас. Вместо этого ученые могут только сделать вывод о существовании темной материи на основе ее взаимодействия с гравитацией и того, как это взаимодействие влияет на свет и обычную материю — например, 642 миллиона триллионов метрических тонн материи, из которой состоит Марс!
До сих пор поиск кандидатов в темную материю был сосредоточен на еще не открытых частицах. Но по мере того, как эти исследования становятся все более сложными (но все равно остаются с пустыми руками), ученые все чаще обращаются к идее, впервые предложенной в 1970-х годах: темная материя может быть вообще не частицей, а крошечными черными дырами, оставшимися от Большого. Хлопнуть.
Эти первичные черные дыры не образовались бы в результате коллапса массивных звезд, как это происходит с черными дырами звездной массы, или не образовали бы цепочку слияний все более массивных пар черных дыр, как это делают сверхмассивные черные дыры. Вместо этого первичные черные дыры, если они существуют, должны были образоваться из плотных карманов газа в ранней Вселенной, а быстрое расширение Вселенной привело к их распространению в пространстве.
Размышления о гравитационном влиянии такой первозданной черной дыры начались с праздных предположений.
«Я думаю, кто-то спросил меня, что произойдет, если первичная черная дыра пройдет через человеческое тело», — сказал руководитель группы Тунг Тран, аспирант Стэнфордского университета. Об этом он заявил в своем заявлении.
Из этого вопроса Тран подсчитал, что если черная дыра массой астероида пройдет в пределах 3,2 фута (1 метра) от человека, заявленная им сила толкнет этого человека на 20 футов (6 метров) за одну секунду. Так почему же, к счастью, этого не происходит? Что ж, Тран также обнаружил, что вероятность того, что первичная черная дыра пройдет где-нибудь рядом с человеком на Земле, чрезвычайно мала.
Это заинтриговало Трана, и он пришел к выводу, что для увеличения вероятности возникновения такой реакции вам понадобится объект, больший по размеру и ширине, чем человек. Но чем больше объект, тем меньше эффект.
Первичная черная дыра встречается с Марсом
Тран сначала обратился к системе Земля/Луна.
«Мы экстраполировали то, что произойдет, если черная дыра пройдет близко к Земле и заставит Луну немного встряхнуться», — сказал Тран. «Цифры, которые мы получили, были не очень ясными. В Солнечной системе существует множество других динамик, которые могут действовать как своего рода трение, вызывая затухание вибраций».
Чтобы прояснить эту развивающуюся картину, исследователи создали простую симуляцию Солнечной системы, которая учитывает гравитационные взаимодействия между планетами и крупнейшими лунами во время нашей космической гибели.
«Современные модели Солнечной системы включают более миллиона объектов, каждый из которых имеет крошечный остаточный эффект», — говорит член команды и научный сотрудник Массачусетского технологического института Паппалардо Бенджамин Леман. Об этом он заявил в своем заявлении«Но даже при точном моделировании двадцати объектов мы можем увидеть реальный эффект, в который можно копнуть глубже».
Затем команда подсчитала, сколько раз первичная черная дыра теоретически могла пройти через Солнечную систему, учитывая количество темной материи, которая, по оценкам, существует в области пространства вокруг Солнца.
«Первичные черные дыры не живут в Солнечной системе. Скорее, они движутся по Вселенной, делая все, что хотят», — заявила в своем заявлении Сара Геллер, член команды и научный сотрудник Калифорнийского университета в Санта-Крус. заключается в том, что они проходят через внутреннюю часть Солнечной системы. «Под углом примерно раз в 10 лет».
Рассчитав скорость прохождения первичных черных дыр и приняв во внимание массу кандидатов в темную материю в масштабе астероида, команда пришла к выводу, что эти крошечные черные дыры будут проноситься через Солнечную систему с поразительной скоростью 5,4 миллиона миль в час, или около 7000 раз. быстрее скорости звука.
Сосредоточив внимание на «близких контактах» между этими конкурирующими черными дырами и объектами Солнечной системы, команда обнаружила, что Марс на самом деле представляет собой лучшую цель, чем Земля или Луна — по крайней мере, такую, которая рисует лучшую картину взаимодействий, в которых заинтересована команда. .
Команда обнаружила, что если бы первичная черная дыра прошла в пределах нескольких сотен миллионов миль от Марса, она бы исказила орбиту красной планеты. Чтобы проиллюстрировать, насколько это мало, Марс находится на расстоянии более 140 миллионов миль от Земли, что примерно в 225 триллионов раз превышает предполагаемый эффект.
Однако команда считает, что инструменты, которые в настоящее время наблюдают за Марсом, уже смогут обнаружить такую небольшую аномалию.
Однако даже если эта аномалия будет наблюдаться в течение следующих нескольких десятилетий, ученым все равно придется подтвердить, что она действительно была вызвана первичной черной дырой, а не пролетевшим мимо астероидом той же массы.
«Нам нужно как можно больше ясности относительно ожидаемых фонов, таких как типичные скорости и распределение скучных космических камней по сравнению с этими первичными черными дырами», — сказал Кайзер. «К счастью для нас, астрономы отслеживают обычные космические камни на протяжении десятилетий. когда они проходят через нашу Солнечную систему», — сказал Кайзер, — «Таким образом, мы можем рассчитать типичные свойства их траекторий и начать сравнивать их с совершенно разными типами траекторий и скоростей, которым должны были бы следовать первичные черные дыры».
«Они предложили очень элегантный тест, который может сказать нам, находится ли ближайшая черная дыра ближе, чем мы думаем», — сказал Мэтт Каплан, доцент кафедры физики Университета штата Иллинойс, не принимавший участия в исследовании. заявление. «Я должен подчеркнуть, что здесь также присутствует доля удачи. Найдет ли поиск громкий и четкий сигнал, зависит от точного пути, пройденного блуждающей черной дырой через Солнечную систему.
«Теперь, когда они подтвердили эту идею с помощью моделирования, им предстоит сделать самую сложную часть — проверить реальные данные».
Исследование команды было опубликовано во вторник (17 сентября) в журнале. Физический осмотр d.
«Интроверт. Мыслитель. Решатель проблем. Злой специалист по пиву. Склонен к приступам апатии. Эксперт по социальным сетям».
.jpg?sfvrsn=4c9b4011_0&size=705 "Многоразовые кирпичи из стекла, напечатанного на 3D-принтере, могут снизить выбросы при строительстве")
More Stories
«Ледник Воскресения» в Антарктиде вот-вот рухнет: исследование предупреждает, что огромный ледяной покров размером с Великобританию может привести к повышению уровня мирового океана на 2 фута
Изображения суперурожая Луны и лунного затмения, сентябрь 2024 г.
Исследование: турбулентные океанские волны могут стать более жестокими