Темная материя является одной из величайших загадок Вселенной. И хотя к настоящему времени проведено большое число исследований, из которых косвенно вытекают свидетельства существования этой таинственной субстанции, но ее невидимая природа осложняет обнаружение, поэтому структура темной материи остается неизвестной ученым.

Темная материя может состоять из фундаментальных и экзотических частиц, которые пока остаются не открытыми. Альтернативная гипотеза предполагает, что она состоит из множества массивных компактных объектов, таких как первичные черные дыры (то есть, черные дыры, формировавшиеся в ранней Вселенной).

В новом исследовании ученые из Института фундаментальных исследований Тата, Индия, во главе с С. Башаком (S. Basak) наложили дополнительные ограничения на долю темной материи, состоящую из компактных объектов, на основе анализа явлений гравитационного микролинзирования.

Согласно Общей теории относительности Эйнштейна, массивные космические объекты действуют на проходящий мимо них свет, подобно линзе. Аналогичное линзирующее действие они способны оказывать на гравитационные волны, испускаемые в далекой части Вселенной, поэтому в своем исследовании Башак и его команда проанализировали влияние гипотетических первичных черных дыр, формирующих собой темную материю, на распространение гравитационных волн, сигналы которых принимают детекторы LIGO и Virgo.

В результате проведенного анализа Башак и его коллеги не нашли искажений гравитационно-волновых сигналов в результате микролинзирования, поэтому полученные данные позволили наложить дополнительные ограничения на долю «компактной темной материи», то есть темной материи, состоящей из массивных черных дыр.

Согласно авторам, полученные ими ограничения являются весьма умеренными. Из них следует лишь, что не более 50 процентов темной материи может быть представлено массивными черными дырами, что в общем-то не является новой информацией. Однако в ближайшие несколько лет ожидается, что обсерватории LIGO и Virgo будут наблюдать сотни и тысячи гравитационно-волновых событий, что позволит значительно уточнить полученные ограничения.

В будущем авторы планируют проанализировать новые гравитационно-волновые сигналы, зарегистрированные при помощи детекторов LIGO-Virgo. Кроме того, они рассчитывают, что полученные ими данные вдохновят другие научные коллективы на использование микролинзирования гравитационных волн для изучения природы темной материи.

Работа опубликована в журнале Astrophysical Journal Letters.

https://www.eso.org/public/russia/images/potw2149a/?lang=

Это фото было снято в 2019 году во время заката на территории обсерватории Ла-Силья. Помимо красот высокогорной чилийской пустыни Атакама, на нем также можно увидеть «семью» новых телескопов, которые уже скоро приступят к наблюдениям.

На переднем плане снимка можно увидеть группу роботизированных оптических телескопов под названием BlackGEM. Они будут заниматься поисками самых мощных и масштабных событий во Вселенной — слияний нейтронных звезд и черных дыр. Слияния столь экзотических объектов производят в пространственно-временном континууме «рябь», известную под названием гравитационные волны. Поэтому, BlackGEM будет работать совместно с гравитационно-волновыми детекторами, такими, как LIGO и Virgo. Его основной задачей будет регистрация источников гравитационных волн в видимых лучах. Это позволит более крупным телескопам, вроде VLT, выполнить детальные исследования этих объектов, что в свою очередь приведет к более глубокому пониманию этих грандиозных по масштабу событий во Вселенной.

Помимо BlackGEM, на фото можно увидеть и ряд других телескопов обсерватории Ла-Силья. Например, 3.58-метровый Телескоп новых технологий (NTT) был первым в мире рефлектором с компьютеризированной системой управления формой поверхности главного зеркала. Эта технология получила название «адапивная оптика».

На снимок также попал 3.6-метровый рефлектор ESO. На нем смонтирован наиболее эффективный в мире инструмент для поиска экзопланет — высокоточный спектрограф для измерения лучевых скоростей HARPS. Благодаря наблюдениям, выполненным с этим приемником, астрономы нашли множество экзопланет, в том числе и у ближайшей к Солнцу звезды.

Обнаружены гравитационные волны от слияния черной дыры и нейтронной звезды

В ночь с 14 на 15 августа 2019 года детекторы гравитационно-волновых обсерваторий LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) и Virgo зафиксировали новое событие. Оно получило обозначение S190814bv. По мнению ученых, исходя из характера гравитационных волн, с вероятностью в 99% они были порождены слиянием нейтронной звезды и черной дыры звездной массы.https://www.nationalgeographic.com/science/2019/08/astronomers-probably-just-saw-black-hole-swallow-neutron-star/

Первая в истории регистрация гравитационных волн состоялась в сентябре 2015 г. С тех пор LIGO и Virgo зафиксировали несколько десятков подобных событий. Однако, все они были вызваны слияниями объектов одинакового класса — в подавляющем большинстве случаев, черных дыр звездной массы. Астрономам также удавалось зарегистрировать волны, образовавшиеся в результате столкновения двух нейтронных звезд.

Поэтому, 190814bv является важной вехой в истории гравитационно-волновой астрономии. Это первый случай, когда источником волн стало слияние двух принципиально разных объектов. Событие произошло в галактике, расположенной на расстоянии 900 миллионов световых лет от Земли на границе созвездий Кита и Скульптора.

Стоит отметить еще одну немаловажную деталь. Событие 190814bv стало первым прямым доказательством существования во Вселенной двойных систем, состоящих из черных дыр и нейтронных звезд. Безусловно, ранее астрономам были известны системы из нейтронных звезд или черных дыр. Однако в виду сложностей обнаружения, существование «промежуточных» вариантов до недавнего времени оставалось недоказанным. Таким образом, наблюдения 190814bv могут предоставить ученым бесценную информацию о том, как формируются подобные системы и о состоянии материи внутри нейтронной звезды.