Tilastollinen analyysi 740 supernovaräjähdyksestä osoitti, että mustat aukot voivat olla enintään 40 prosenttia pimeän aineen tilavuudesta maailmankaikkeudessa, mikä puolestaan ajaa toisen naulan massiivisten astrofysikaalisten kompaktien halo-esineiden teorian arkkuun. Tämän teorian mukaan alkuperäiset mustat aukot voivat olla pimeän aineen lähde. Kahden amerikkalaisen tutkijan havainto Kalifornian yliopistosta Berkeleyssä herättää epäilyksiä tästä teoriasta.
Helmikuussa 2016 Laser Interferometric Gravitational Wave Observatory (LIGO) -tutkijat ilmoittivat uuden aikakauden tähtitieteessä. Tutkijat ovat löytäneet ensimmäistä kertaa ennustetut gravitaatioaallot, jotka ovat muodostaneet törmäävät mustat aukot. Itse löydön hämmästyttävän luonteen lisäksi gravitaatioaaltojen löytäminen on elvyttänyt vanhan teorian, jonka mukaan pimeä aine on johdannainen massiivisista astrofysikaalisista kompakteista halo-esineistä (MACHO), erittäin tiheistä esineistä, jotka eivät lähetä valoa.
Nykyaikaisten oletusten mukaan pimeä aine voi olla jopa 85 prosenttia koko maailmankaikkeuden aineen tilavuudesta, mutta fyysikot eivät ole vielä löytäneet tätä asiaa, joten he eivät tiedä mikä se on. Aihe pimeän aineen olemassaolosta herätti aktiivista keskustelua itsensä ympärillä, kun amerikkalainen tähtitieteilijä Vera Rubin 70-luvulla, tutkien galaksien kiertokäyriä, paljasti eroja galaksien ennustetun pyöreän liikkeen ja havaitun liikkeen välillä (galaksien reunalla olevien tähtien tulisi pyöriä hitaammin kuin lähempänä olevat) galaktiseen keskukseen, mutta havainnointi osoitti, että ulko- ja sisätähtien pyörimisnopeus oli oikeastaan sama). Tästä "galaksin pyörimisongelmana" tunnetusta tosiasiasta on tullut yksi tärkeimmistä todisteista tumman aineen olemassaololle. Kuitenkin kysymys siitä, onkomikä pimeä aine on edelleen jäljellä ja avoinna.
Seuraavien vuosikymmenien aikana on ehdotettu monia ehdokkaita pimeän aineen rooliin. Nykyään suosituimpia ovat hiukkaset, kuten aksionit tai heikosti vuorovaikutuksessa olevat hiukkaset. Useita vuosikymmeniä aikaisemmin MACHO-teorian ehdottamia esineitä (erityisesti mustia aukkoja) pidettiin kuitenkin tärkeimpänä pimeän aineen lähteenä. Tämän teorian mukaan pimeä aine koostuu itse asiassa tähtienvälisessä tilassa liikkuvista barionihiukkasista (tavallisen aineen hiukkasista, jotka voidaan nähdä), joita ei ole liitetty mihinkään planeettajärjestelmään ja jotka käytännössä (tai kokonaan) eivät lähetä energiaa. Teorian mukaan MACHO voi edustaa neutronitähtiä, ruskeita kääpiöitä, orpoplaneettoja ja alkuperäisiä mustia aukkoja, jotka ilmestyivät pian Ison räjähdyksen jälkeen.
90-luvulla MACHO-esineiden teoria meni muodista. Tutkijat ovat keskittyneet etsimään tumman aineen lähdettä hiukkasissa, mutta viimeaikainen LIGO-löytö on herättänyt kiinnostuksen mustia aukkoja kohtaan mahdollisena selityksenä näkymättömälle pimeälle aineelle.
Koska MACHO-objektit eivät teorian mukaan aiheuta energiaa, tarkkailijan kannalta nämä kohteet ovat "tummia", toisin sanoen näkymättömiä. Tämän perusteella tutkijat odottivat havaitsevan ne käyttämällä gravitaatiomikrolensoinnin vaikutusta. Tämä on havaittu kohteen valoaaltojen kaarevuus suhteessa tarkkailijaan johtuen havaitun kohteen ja tarkkailijan välissä sijaitsevien erittäin tiheiden ja massiivisten esineiden erittäin voimakkaasta painovoimakentästä. Tämä vaikutus voi merkittävästi lisätä tähtien kirkkautta hyvin kaukana meistä ja antaa meille mahdollisuuden nähdä ne kohteet, joita ei voida nähdä tavallisilla perinteisillä havainnointimenetelmillä. Gravitaatiolinssien rooli voi olla esimerkiksi galakseilla, galaktisilla klustereilla ja myös mustilla aukoilla.
Fyysikot Miguel Tsumalakraregi ja Urosh Selyak Kalifornian yliopistosta, Berkeley, ovat suorittaneet hienostuneita analyysejä 740 supernovaräjähdyksestä - erittäin kirkkaasta tähtien räjähdyksestä - jäljittääkseen alkuperäisten mustien aukkojen vaikutuksen supernovan valon kaarevuuteen ja vahvistumiseen. Tähtitieteilijät käyttävät usein supernovaräjähdyksiä mittaamaan etäisyyksiä maailmankaikkeudessa, koska näillä esineillä on uskomaton kirkkaus, joka pienenee hyvin hitaasti laskelmien mahdollistamiseksi. Tutkimus on julkaistu Physical Review Letters -lehdessä.
Tutkijat ovat olettaneet, että useiden kymmenesosien prosenttiosuuden kirkkauden poikkeama, joka osoittaa mikrolinssin vaikutuksen mustiin reikiin ja selittyvän näkymättömän pimeän aineen massalla, löytyy ainakin kahdeksasta 740 havaitusta supernoovasta. Tutkijat eivät kuitenkaan ole koskaan löytäneet yhtä poikkeamaa, joka osoittaisi mikrolinssin mustalla aukolla.
Mainosvideo:
Tutkimuksen tulokset eivät sulje pois mustia aukkoja pimeän aineen lähteinä, mutta rajoittavat merkittävästi niiden vaikutusta sen tilavuuteen maailmankaikkeudessa. On arvioitu, että vaikka mustat aukot vaikuttavatkin pimeään aineeseen liittyviin ilmiöihin, se on enintään 40 prosenttia. Kirjoittajien mukaan heillä on jo eikä ole vielä julkaistu täydellisemmän analyysin tuloksia, joka kattoi yli 1000 supernovaa ja pakottaa heidät laskemaan tätä lukua edelleen - enintään 23 prosenttiin.
”Olemme palaamassa jälleen normaaliin keskusteluun. Mikä on pimeä aine? Näyttää siltä, että meillä ei ole hyviä vaihtoehtoja. Tämä on haaste seuraaville sukupolville”, professori Urog Selyak sanoo.