Fra primordiale sorte huller nye spor til mørkt stof

Primordiale sorte huller (PBH'er) er objekter, der er dannet kun brøkdele af et sekund efter Big Bang, anset af mange forskere blandt de vigtigste kandidater til at forklare karakteren af ​​mørkt stof, frem for alt efter direkte observationer af gravitationsbølger fra VIRGO- og LIGO-detektorerne i 2016. "Vi har testet et scenarie, hvor mørkt stof er sammensat af ikke-stjernelige sorte huller, dannet i det oprindelige univers, " siger Riccardo Murgia, hovedforfatter af undersøgelsen for nylig offentliggjort i Fysisk gennemgangsbreve . Forskningen blev udført sammen med hans kolleger Giulio Scelfo og Matteo Viel fra SISSA—International School for Advanced Studies og INFN—Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (Trieste division) og Alvise Raccanelli fra CERN.

"Primordiale sorte huller forbliver hypotetiske objekter for øjeblikket, men de er forudset i nogle modeller af det oprindelige univers, " siger Raccanelli fra CERN. "Oprindeligt foreslået af Stephen Hawking i 1971, de er kommet tilbage i forgrunden i de senere år som mulige kandidater til at forklare mørkt stof. Det antages, at mørkt stof udgør cirka 80 procent af alt stof, der er til stede i universet, så at forklare blot en lille del af det ville være en stor bedrift. Leder efter beviser for eksistensen af ​​PBH'er, eller udelukker deres eksistens, giver os også information af betydelig relevans om fysikken i det oprindelige univers."

Kosmiske skove og edderkoppespind

I dette arbejde, forskerne koncentrerede sig om overfloden af ​​PBH'er, der er 50 gange mere massive end solen. Kort sagt, forskerne har forsøgt at beskrive flere parametre, der er knyttet til deres tilstedeværelse (specifikt masse og overflod) bedre ved at analysere samspillet mellem lyset udsendt fra ekstremt fjerne kvasarer med det kosmiske net, et netværk af filamenter sammensat af gas og mørkt stof til stede i hele universet.

Inden for denne tætte vævning, de lærde har koncentreret sig om den såkaldte Lyman-alfa-skov, interaktioner mellem fotoner og brint i kosmiske filamenter, som præsenterer karakteristika, der er tæt forbundet med mørkt stofs grundlæggende natur.

Mellem supercomputere og teleskoper

Simuleringer udført ved hjælp af Ulysses-supercomputeren fra SISSA og ICTP har været i stand til at reproducere interaktionerne mellem fotoner og brint. Modellerne er blevet sammenlignet med virkelige interaktioner opdaget af Keck-teleskopet på Hawaii. Forskerne var derefter i stand til at spore adskillige egenskaber ved primordiale sorte huller for at forstå virkningerne af deres tilstedeværelse.

"Vi brugte en computer til at simulere fordelingen af ​​neutralt brint på sub-galaktiske skalaer, som manifesterer sig i form af absorptionslinjer i spektrene af fjerne kilder, " siger Murgia. "Sammenligner resultaterne af vores simuleringer med de observerede data, det er muligt at etablere grænser for massen og overfloden af ​​primordiale sorte huller og afgøre, om og i hvilket omfang sådanne kandidater udgør mørkt stof."

Resultaterne af undersøgelsen synes at være en ulempe for det tilfælde, at alt mørkt stof er sammensat af en bestemt type oprindelige sorte hul (dem med en masse større end 50 gange solens), men de udelukker ikke helt, at de kan udgøre en brøkdel af det.

"Vi har udviklet en ny måde til nemt og effektivt at udforske alternative scenarier af den standard kosmologiske model, ifølge hvilket mørkt stof i stedet ville være sammensat af svagt interagerende massive partikler (WIMP'er)."

Disse resultater, vigtig for opbygningen af ​​nye teoretiske modeller og for udviklingen af ​​nye hypoteser om mørkt stofs natur, tilbyde meget mere præcise indikationer for at spore den indviklede vej til at forstå et af de største mysterier i kosmos.