- Natura ciemnej materii pozostaje wielką zagadką. Większość naukowców uważa, że składa się ona z nieznanych cząstek elementarnych - mówi dr Przemysław Mróz z Obserwatorium Astronomicznego Uniwersytetu Warszawskiego, pierwszy autor publikacji w Nature i Astrophysical Journal Supplement Series. Obserwacje astronomiczne wskazują, że zwyczajna materia, którą możemy dotknąć lub zobaczyć, stanowi zaledwie 5 proc. całkowitej masy i energii całego Wszechświata.
Tajemnica czarnej dziury. Nikt nie może jej rozwiązań
W Drodze Mlecznej na 1 kg materii zawartej w gwiazdach przypada 15 kg "ciemnej materii", nieświecącej i oddziaływającej wyłącznie za pośrednictwem grawitacji. - Problem w tym, że pomimo wielu dekad wysiłków, żaden eksperyment, na czele z eksperymentami prowadzonymi za pomocą Wielkiego Zderzacza Hadronów, nie doprowadziły do odkrycia nowych cząstek, które mogłyby tworzyć ciemną materie - opowiada naukowiec.
W 2015 roku dokonano pierwszej bezpośredniej obserwacji fal grawitacyjnych pochodzących od pary łączących się czarnych dziur. Odkryto wtedy ponad 90 kolejnych takich zjawisk. Zauważono, że czarne dziury znajdowane za pomocą fal grawitacyjnych są znacznie bardziej masywne (typowo 20-100 mas Słońca) niż te znane wcześniej w Drodze Mlecznej (typowo 5-20 mas Słońca). Teoria, która tłumaczyła różnice w tym wielkościach, zakłada istnienie tzw. pierwotnej czarnej dziury, która mogłyby powstać na bardzo wczesnych etapach ewolucji Wszechświata.
Od odkrycia fal grawitacyjnych coraz częściej spekuluje się, że takie czarne dziury mogłyby potencjalnie odpowiadać za dużą część, jeśli nie całość, ciemnej materii we Wszechświecie. Polscy naukowcy uznali, że hipotezę tę można zweryfikować za pomocą obserwacji astronomicznych. "Wiemy, że duże ilości ciemnej materii znajdują się również w naszej Drodze Mlecznej. Jeżeli więc założymy, że ciemna materia składa się z masywnych czarnych dziur, powinniśmy je wykrywać w naszym najbliższym kosmicznym otoczeniu" - czytamy w relacji naukowców ze swojego badania.
Polscy naukowcy z przełomowym odkryciem. "Wejdzie do podręczników"
W najnowszej publikacji w Astrophysical Journal Supplement astronomowie z projektu OGLE zaprezentowali niemal dwudziestoletnie obserwacje około 80 milionów gwiazd znajdujących się w sąsiedniej galaktyce, zwanej Wielkim Obłokiem Magellana. Dane pochodzą z trzeciej i czwartej fazy projektu OGLE i zostały zebrane w latach 2001-2020. To najdłuższy, największy i najdokładniejszy ciąg czasowy obserwacji tego typu w historii.
Przeanalizowano występowanie zjawisk mikrosoczewkowania, czyli sytuacji, gdy trzy obiekty: obserwator, źródło światła i obiektsoczewka, ustawią się niemal dokładnie w jednej linii w przestrzeni. Tylko w ten sposób można czarne dziury, które nie świecą. - Gdyby cała ciemna materia składała się z czarnych dziur o masie 10 mas Słońca, powinniśmy byli wykryć łącznie 258 zjawisk mikrosoczewkowania. W przypadku czarnych dziur o masie 100 mas Słońca - 99 zjawisk, 1000 mas Słońca - 27 zjawisk - wylicza dr Mróz.
Tymczasem astronomowie znaleźli w danych OGLE "zaledwie" 13 zjawisk mikrosoczewkowania. Co więcej, większość z nich była stosunkowo krótka. Trwała mniej niż 100 dni. - Wskazuje to, że masywne czarne dziury mogą stanowić co najwyżej niewielki ułamek ciemnej materii - wyjaśnia naukowiec. Szczegółowe obliczenia pokazały, że czarne dziury o masie 10 mas Słońca mogą stanowić co najwyżej 1,2 proc. ciemnej materii, 100 mas Słońca - 3,0 proc. ciemnej materii, 1000 mas Słońca - 11 proc. ciemnej materii.
W dużym uproszczeniu oznacza to, że pierwotne czarne dziury nie mogą jednocześnie być źródłami fal grawitacyjnych i tworzyć znaczącej części ciemnej materii. Znacznie bardziej prawdopodobne są więc inne wyjaśnienia dużych mas czarnych dziur. - Opublikowane prace to podsumowanie ponad 30-letnich działań projektu OGLE w zakresie badań ciemnej materii, której poszukiwanie było jednym z podstawowych motorów jego powstania. Niewątpliwie prezentowane właśnie wyniki to nasz "opus magnum" i wejdzie on na długie lata do podręczników astronomii - podsumowuje prof. Andrzej Udalski, lider projektu OGLE.
