Analiza statystyczna 740 eksplozji supernowych wykazała, że czarne dziury mogą stanowić nie więcej niż 40 procent objętości ciemnej materii we Wszechświecie, co z kolei wbija kolejny gwóźdź do trumny teorii masywnych astrofizycznych zwartych obiektów halo. Zgodnie z tą teorią źródłem ciemnej materii mogą być pierwotne czarne dziury. Obserwacja dwóch amerykańskich naukowców z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Berkeley podważa tę teorię.
W lutym 2016 r. Naukowcy z Laser Interferometric Gravitational Wave Observatory (LIGO) ogłosili nową erę w astronomii. Naukowcy odkryli po raz pierwszy przewidzieć fale grawitacyjne tworzone przez parę zderzających się czarnych dziur. Oprócz niesamowitego charakteru samego odkrycia, odkrycie fal grawitacyjnych ożywiło starą teorię, że ciemna materia jest pochodną masywnych astrofizycznych zwartych obiektów halo (MACHO), ultra gęstych obiektów, które nie emitują światła.
Według współczesnych założeń ciemna materia może stanowić do 85 procent objętości całej materii we Wszechświecie, ale fizycy jeszcze jej nie odkryli, więc nie wiedzą, co to jest. Temat istnienia ciemnej materii wywołał aktywną dyskusję wokół siebie po tym, jak amerykańska astronom Vera Rubin w latach 70., badając krzywe rotacji galaktyk, ujawniła rozbieżności między przewidywanym ruchem kołowym galaktyk a obserwowanym ruchem (gwiazdy na krawędzi galaktyk powinny obracać się wolniej niż te, które są bliżej) do centrum galaktyki, ale obserwacje wykazały, że prędkość obrotu gwiazd zewnętrznych i wewnętrznych była w rzeczywistości taka sama). Fakt ten, znany jako „problem rotacji galaktyk”, stał się jednym z głównych dowodów na istnienie ciemnej materii. Jednak pytanie, czyjaka ciemna materia wciąż pozostaje i pozostaje otwarta.
W ciągu kilku następnych dziesięcioleci zaproponowano wielu kandydatów do roli ciemnej materii. Najpopularniejsze są dziś cząstki takie jak aksjony lub słabo oddziałujące cząstki. Jednak obiekty (w szczególności czarne dziury) zaproponowane kilkadziesiąt lat wcześniej przez teorię MACHO zostały uznane za główne źródło ciemnej materii. Zgodnie z tą teorią ciemna materia w rzeczywistości składa się z cząstek barionowych (cząstek zwykłej materii, które można zobaczyć) poruszających się w przestrzeni międzygwiazdowej, niezwiązanych z żadnym układem planetarnym i praktycznie (lub całkowicie) nie emitujących żadnej energii. Według tej teorii MACHO może reprezentować gwiazdy neutronowe, brązowe karły, osierocone planety i pierwotne czarne dziury, które pojawiły się wkrótce po Wielkim Wybuchu.
W latach 90. teoria obiektów MACHO wyszła z mody. Naukowcy skupili się na poszukiwaniach źródła ciemnej materii w cząsteczkach, ale niedawne odkrycie LIGO na nowo wzbudziło zainteresowanie czarnymi dziurami jako możliwym wyjaśnieniem niewidzialnej ciemnej materii.
Ponieważ obiekty MACHO zgodnie z teorią nie emitują żadnej energii, dla obserwatora obiekty te będą „ciemne”, czyli niewidoczne. Na tej podstawie naukowcy spodziewali się, że wykryją je za pomocą efektu mikrosoczewkowania grawitacyjnego. Jest to zjawisko zakrzywienia fal świetlnych obserwowanego obiektu w stosunku do obserwatora z powodu bardzo silnego pola grawitacyjnego bardzo gęstych i masywnych obiektów znajdujących się pomiędzy obserwowanym obiektem a obserwatorem. Efekt ten może znacznie zwiększyć jasność bardzo odległych od nas gwiazd i pozwolić nam zobaczyć te obiekty, których nie można zobaczyć zwykłymi tradycyjnymi metodami obserwacji. Rolę soczewek grawitacyjnych mogą pełnić np. Galaktyki, gromady galaktyczne, a także czarne dziury.
Fizycy Miguel Tsumalakraregi i Urosh Selyak z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Berkeley przeprowadzili zaawansowane analizy danych z 740 wybuchów supernowych - niezwykle jasnych eksplozji gwiazd - w celu prześledzenia wkładu pierwotnych czarnych dziur w krzywiznę i wzmocnienie światła supernowej. Eksplozje supernowych są często używane przez astronomów do mierzenia odległości we Wszechświecie, ponieważ obiekty te mają niesamowitą jasność, która zmniejsza się bardzo powoli, umożliwiając wykonanie obliczeń. Wyniki badań zostały opublikowane w czasopiśmie Physical Review Letters.
Naukowcy założyli, że odchylenie jasności rzędu kilku dziesiątych procenta, wskazujące na wpływ mikrosoczewkowania na czarne dziury i wyjaśnione masą niewidzialnej ciemnej materii, można znaleźć w co najmniej 8 z 740 obserwowanych supernowych. Jednak naukowcy nigdy nie znaleźli ani jednego odchylenia wskazującego na mikrosoczewkowanie czarnej dziury.
Film promocyjny:
Wyniki badań nie wykluczają czarnych dziur jako źródeł ciemnej materii, ale znacznie ograniczają ich udział w jej objętości we Wszechświecie. Szacuje się, że nawet jeśli czarne dziury przyczyniają się do zjawisk związanych z ciemną materią, to nie więcej niż 40 procent. Zdaniem autorów mają już i nie opublikowali jeszcze wyników pełniejszej analizy, która objęła ponad 1000 supernowych i zmusza ich do dalszego obniżania tej liczby - maksymalnie do 23 proc.
„Ponownie wracamy do zwykłych dyskusji. Co to jest ciemna materia? Wygląda na to, że nie mamy już dobrych opcji. To wyzwanie dla następnych pokoleń”- mówi profesor Urog Selyak.