I februar 2016 lavede videnskabsfolk, der arbejdede for Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) historie, da de annoncerede den første nogensinde påvisning af gravitationsbølger. Siden den tid har adskillige detektioner fundet sted, og videnskabeligt samarbejde mellem observatorier - som Advanced LIGO og Advanced Virgo - giver mulighed for hidtil uset niveau af følsomhed og datadeling.
Denne begivenhed bekræftede ikke kun en hundrede år gammel forudsigelse foretaget af Einsteins teori om generel relativitet, den førte også til en revolution inden for astronomi. Det fik også håb fra nogle forskere, der troede, at sorte huller kunne forklare universets "manglende masse". Desværre har en ny undersøgelse foretaget af et team af UC Berkeley-fysikere vist, at sorte huller ikke er den eftertragtede kilde til Dark Matter.
Deres undersøgelse, "Limits on Stellar-Mass Compact Objects as Dark Matter from Gravitational Lensing of Type Ia Supernovae", dukkede for nylig op i Fysiske gennemgangsbreve. Undersøgelsen blev ledet af Miguel Zumalacarregu, en Marie Curie Global Fellow ved Berkeley Center for Cosmological Physics (BCCP), med støtte fra Uros Seljak - en professor i kosmologi og co-direktør for BCCP.
Kort sagt forbliver Dark Matter et af de mest svigagtige og besværlige mysterier, som astronomer står overfor i dag. På trods af det faktum, at det udgør 84,5% af sagen i universet, har alle forsøg på at opdage det hidtil mislykkedes. Mange kandidater er blevet foreslået, lige fra ultralette partikler (aksioner) til svagt interagerende massive partikler (WIMPS) og Massive Compact Halo Objects (MACHO'er).
Imidlertid varierer disse kandidater i masse med en rækkefølge på 90, som flere teoretikere har forsøgt at løse ved at foreslå, at der kunne være flere typer mørke stoffer. Dette ville dog kræve forskellige forklaringer på deres oprindelse, hvilket kun vil komplicere kosmologiske modeller yderligere. Som Miguel Zumalacárregui forklarede i en nylig UC Berkeley pressemeddelelse:
”Jeg kan forestille mig, at det er to typer sorte huller, meget tunge og meget lette, eller sorte huller og nye partikler. Men i dette tilfælde er en af komponenterne størrelsesordener tungere end den anden, og de skal produceres i sammenlignelig overflod. Vi ville gå fra noget astrofysisk til noget, der virkelig er mikroskopisk, måske endda det lyseste i universet, og det ville være meget vanskeligt at forklare. ”
Af hensyn til deres undersøgelse udførte teamet en statistisk analyse af 740 af de lyseste supernovaer, der blev opdaget (fra 2014) for at afgøre, om nogen af dem var blevet forstørret eller lyset af tilstedeværelsen af et mellemliggende sort hul. Dette fænomen, hvor tyngdekraften af et stort objekt forstørrer lyset fra fjernere genstande er kendt som "gravitationslinsering".
Grundlæggende, hvis sorte huller var den dominerende form for stof i universet, ville gravitationsforstørrede supernovas forekomme temmelig ofte på grund af oprindelige sorte huller. Disse hypotetiske former for sort hul antages at have dannet sig inden for de første få millisekunder efter Big Bang i dele af Universet, hvor massen blev koncentreret til titusinder eller hundreder af solmasser, hvilket fik de tidligste sorte huller til at dannes.
Tilstedeværelsen af denne sorte hulpopulation såvel som alle massive kompakte genstande ville tyngdekraft bøjes og forstørre lys fra fjerne objekter på vej til Jorden. Dette gælder især for fjerne type Ia-supernover, som astronomer har brugt i årtier som standard lysstyrke til måling af kosmiske afstande og den hastighed, som universet ekspanderer til.
Efter at have udført en kompleks statistisk analyse af data om lysstyrken og afstanden til 740 supernovas - 580 i Unionen og 740 i den fælles lyskurve-analyse (JLA) kataloger, konkluderede teamet, at otte af supernoverne skulle være lysere af en få tiendedele af en procent end hvad der historisk er blevet observeret. Der blev dog ikke fundet nogen sådan lysning, selv når der blev indarbejdet sorte huller i lav masse.
"Du kan ikke se denne effekt på én supernova, men når du sætter dem alle sammen og foretager en fuld Bayesian-analyse, begynder du at sætte meget stærke begrænsninger på den mørke sag, fordi hver supernova tæller, og du har så mange af dem," sagde Zumalacárregui.
Fra deres analyse konkluderede de, at sorte huller ikke kan udgøre mere end ca. 40% af det mørke stof i universet. Efter at have inkluderet 1.048 mere lyse supernovas fra Pantheon-kataloget (og i større afstand), blev begrænsningerne endnu strammere. Med dette andet datasæt opnåede de en endnu nedre øvre grænse - 23% - end i deres oprindelige analyse.
Disse resultater antyder, at ingen af universets mørke stof består af tunge sorte huller eller nogen lignende massive genstande som MACHO'er. ”Vi er tilbage til standarddiskussionerne,” sagde Seljak. ”Hvad er mørk stof? Faktisk er vi ved at løbe tør for gode muligheder. Dette er en udfordring for kommende generationer. ”
Denne undersøgelse var baseret på tidligere forskning udført af Seljak i slutningen af 1990'erne, da forskere overvejede MACHO'er og andre massive genstande som en mulig kilde til mørkt stof. Undersøgelsen var dog begrænset på grund af det faktum, at kun et lille antal fjerne type Ia-supernovas var blevet opdaget eller havde målt deres afstande på det tidspunkt.
Derudover skiftede søgningen efter Dark Matter kort derefter fra store objekter til grundlæggende partikler (såsom WIMP'er). Som et resultat blev planerne for de studerede opfølgninger ikke realiseret. Men takket være LIGO-observationer af gravitationsbølger dukkede den mulige forbindelse mellem sorte huller og mørk stof igen op og inspirerede Seljak og Zumalacárregui til at udføre deres analyse.
”Det, der var spændende, er, at masserne af de sorte huller i LIGO-begivenheden stemte, hvor sorte huller endnu ikke var udelukket som mørk stof,” sagde Seljak. ”Det var en interessant tilfældighed, der gjorde alle spændte. Men det var en tilfældighed. ”
Teorien om Dark Matter blev officielt vedtaget i 1970'erne under "Relativitets gyldne tidsalder" for at redegøre for uoverensstemmelserne mellem den tilsyneladende masse af objekter i universet og deres observerede gravitationseffekter. Det ser ud til, at vi et halvt århundrede senere stadig forsøger at spore denne mystiske, usynlige masse. Men med hver undersøgelse lægges yderligere begrænsninger på Dark Matter, og mulige kandidater fjernes.
Givet tid kan vi muligvis bare låse op for dette kosmologiske mysterium og være et skridt tættere på at forstå, hvordan universet dannede sig og udviklede sig.
