A matéria escura é uma substância misteriosa que compõem a maior parte do universo material, agora amplamente pensado para ser algum tipo de massa de partículas exóticas. Uma visão alternativa intrigante é que a matéria escura é feita de buracos negros formados durante o primeiro segundo da existência do nosso universo, conhecida como buracos negros primordiais. Agora um cientista da NASA Goddard Space Flight Center em Greenbelt, Maryland, sugere que esta interpretação se alinha com o nosso conhecimento de fundo infravermelho e raios-X cósmica brilha e pode explicar as inesperadamente elevadas massas de fusão de buracos negros detectados no ano passado.
"Este estudo é um esforço para reunir um amplo conjunto de idéias e observações para testar o quão bem eles se encaixam, eo ajuste é surpreendentemente bom", disse Alexander Kashlinsky , um astrofísico da NASA Goddard. "Se isso for correto, então todas as galáxias, incluindo a nossa, estão embutidos dentro de uma vasta esfera de buracos negros cada cerca de 30 vezes a massa do sol."
Em 2005, Kashlinsky liderou uma equipe de astrônomos usando o Telescópio Espacial Spitzer da NASA para explorar o brilho de luz infravermelha de fundo em uma parte do céu. Os investigadores relataram patchiness excessiva no brilho e concluiu-se provavelmente causado pela luz agregado das primeiras fontes para iluminar o universo de mais de 13 bilhões de anos atrás. Estudos de acompanhamento confirmou que este fundo infravermelho cósmica (CIB) mostrou estrutura inesperada semelhante em outras partes do céu.
Em 2013, outro estudo comparou a forma como o fundo de raios-X cósmicos (CXB) detectado pelo Observatório de Raios-X Chandra, da NASA, em comparação com o CIB na mesma área do céu. As primeiras estrelas a luz emitida principalmente óptica e ultravioleta, que hoje é esticado para o infravermelho pela expansão do espaço, de modo que não deve contribuir significativamente para o CXB.
No entanto, o brilho irregular de raios-X de baixa energia no CXB combinava com a patchiness do CIB muito bem. O único objeto que sabemos que podem ser suficientemente luminosa em toda esta vasta gama de energia é um buraco negro. A equipa de investigação concluiu que os buracos negros primordiais devem ter sido abundantes entre as primeiras estrelas, tornando-se, pelo menos, cerca de um em cada cinco das fontes que contribuem para a CIB.
A natureza da matéria escura continua a ser uma das questões pendentes mais importantes em astrofísica. Os cientistas favorecem atualmente modelos teóricos que explicam a matéria escura como uma partícula maciça exótica, mas pesquisas até agora não conseguiram transformar-se provas essas partículas hipotéticas realmente existe. NASA está actualmente a investigar esta questão como parte de seu Espectrômetro Magnético Alfa e Fermi Gamma-ray missões Telescópio espacial.
"Esses estudos estão fornecendo resultados cada vez mais sensíveis, encolhendo lentamente a caixa de parâmetros, onde partículas de matéria escura pode esconder", disse Kashlinsky. "O fracasso em encontrar-los levou ao interesse renovado em estudar o quão bem os buracos negros primordiais - buracos negros formados na primeira fracção do universo de um segundo - pode funcionar como matéria escura."
Os físicos têm descrito várias maneiras em que o, universo em rápida expansão quente podiam produzir buracos negros primordiais nos primeiros milésimos de segundo após o Big Bang. Quanto mais velho o universo é quando esses mecanismos de tomar posse, maiores os buracos negros podem ser. E porque a janela para criá-los dura apenas uma pequena fração do primeiro segundo, os cientistas esperam que os buracos negros primordiais exibiria uma estreita faixa de massas.
Em 14 de setembro, as ondas gravitacionais produzidas por um par de buracos negros que se fundem 1,3 bilhões de anos-luz de distância foram capturados pelos Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory instalações (LIGO) em Hanford, Washington, e Livingston, Louisiana. Este evento marcou a primeira detecção de ondas gravitacionais, bem como a primeira detecção directa de buracos negros. O sinal fornecido cientistas LIGO com informações sobre as massas dos buracos negros individuais, que eram de massa 29 e 36 vezes a do Sol, mais ou menos cerca de quatro massas solares. Estes valores foram inesperadamente grande e surpreendentemente similar.
"Dependendo do mecanismo no trabalho, buracos negros primordiais podem ter propriedades muito semelhantes ao que LIGO detectado", explicou Kashlinsky."Se assumirmos este for o caso, que LIGO pegou uma fusão de buracos negros formados no início do universo, podemos olhar para as consequências que isso tem sobre a nossa compreensão de como o cosmos, em última análise evoluiu."
Em seu novo papel, publicado em Maio de 24 em The Astrophysical Journal Letters , Kashlinsky analisa o que poderia ter acontecido se a matéria escura consistiu de uma população de buracos negros semelhantes às detectadas por LIGO. Os buracos negros distorcer a distribuição de massa no início do universo, adicionando uma pequena flutuação que tem consequências centenas de milhões de anos mais tarde, quando as primeiras estrelas começam a se formar.
Durante grande parte do universo primeiros 500 milhões de anos, a matéria normal manteve-se demasiado quente para fundir-se as primeiras estrelas. A matéria escura não foi afetada pela alta temperatura, porque, seja qual for a sua natureza, ele interage principalmente por meio de gravidade. Agregação pela atração mútua, a matéria escura entrou em colapso pela primeira vez em aglomerados chamados minihaloes, o que proporcionou uma semente gravitacional permitindo que a matéria normal para acumular. gás quente entrou em colapso em direção aos minihaloes, resultando em bolsões de gás denso o suficiente para cair ainda mais por conta própria para as primeiras estrelas.Kashlinsky mostra que, se os buracos negros desempenhar o papel de matéria escura, este processo ocorre mais rapidamente e facilmente produz o lumpiness do CIB detectada em dados do Spitzer, mesmo que apenas uma pequena fração do minihaloes conseguem produzir estrelas.
Como o gás cósmica caiu nas minihaloes, seus buracos negros constituintes seria naturalmente capturar alguns dos que também. Matéria que cai em direção a um buraco negro aquece e, finalmente, produz raios-X. Juntos, a luz infravermelha a partir das primeiras estrelas e raios-X a partir do gás caindo em buracos negros matéria escura pode explicar a concordância observada entre o patchiness do CIB eo CXB.
Ocasionalmente, alguns buracos negros primordiais vai passar perto o suficiente para ser gravitacionalmente capturado em sistemas binários. Os buracos negros em cada um desses binários vai, ao longo de eras, emitem radiação gravitacional, perde energia orbital e em espiral para dentro, em última análise, fundindo-se um buraco negro maior, como o evento LIGO observado.
"Future LIGO observando corridas vai nos dizer muito mais sobre a população do universo de buracos negros, e não vai demorar muito para que nós vamos saber se o contorno cenário I ou é suportado ou descartada", disse Kashlinsky.
Kashlinsky leva equipe científica centrada em Goddard, que está a participar na missão Euclid Agência Espacial Europeia, que está programado para lançamento em 2020. O projeto, chamado Librae, permitirá que o observatório para sondar as populações de origem na CIB com alta precisão e determinar o que porção foi produzido por buracos negros.
O Galaxy diário via NASA / Goddard Space Flight Center
Créditos de imagem: NASA, ligo.caltech.edu e newevolutiondesigns.com
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