Физики нашли в гравитационном фоне следы первичных черных дыр
Коллаборация NANOGrav зарегистрировала фоновый сигнал, предположительно имеющий гравитационно-волновую природу. Физики связали его с рождением первичных черных дыр и пришли к выводу, что в них может содержаться вся темная материя во Вселенной. Статья опубликована в журнале Physical Review Letters.
NANOGrav занимается поиском низкочастотных гравитационных волн. Чтобы задетектировать их, ученые наблюдают за сетью пульсаров, расположенных в окрестностях нашей галактики. Пульсары вращаются со строгой периодичностью, поэтому радиовспышки от них приходят тоже в виде периодического сигнала, примерно раз в миллисекунду. Если путь вспышки пересекает гравитационная волна, ритм свечения меняется. Это и позволяет ученым детектировать гравитационные волны по излучению от пульсаров.
Недавно NANOGrav опубликовала набор данных за последние 12,5 лет, который состоит из наблюдений 47 миллисекундных пульсаров, проведенных обсерваторией Аресибо и радиотелескопом Грин-Бэнк. Проанализировав данные, ученые обнаружили флуктуации в ритме свечения 45 пульсаров. Причиной этих отклонений может быть низкочастотный гравитационно-волновой фон.
Этот сигнал не похож на те, которые обычно приходят от масштабных событий во Вселенной, таких как слияние черных дыр или нейтронных звезд. Наблюдается не резкий скачок, а постоянный шум. Сотрудники NANOGrav отмечают, что сама гравитационно-волновая интерпретация требует дополнительных доказательств. Например, должны наблюдаться сильные корреляции в колебаниях свечения близко расположенных пульсаров. На получение этих данных может уйти еще около шести месяцев.
Уже сейчас ученые высказывают множество предположений о том, что является источником равномерного гравитационно-волнового шума: среди версий космические струны и первичные черные дыры.
Первичные черные дыры — это гипотетические объекты, которые образовались во время расширения Вселенной на ранней стадии Большого взрыва. Их масса по разным предположениям лежит в диапазоне от планковской массы до нескольких миллионов масс Солнца.
Габриэль Францолини (Gabriele Franciolini), Антонио Риотто (Antonio Riotto) и Валерио де Лука (Valerio De Luca) из Университета Женевы и Национального института ядерной физики в Италии считают, что именно первичные черные дыры являются источниками обнаруженных гравитационных волн.
Они предположили, что масса первичных черных дыр колеблется от массы астероида до одной солнечной массы. Это согласуется с полученным сигналом, указывающим на черные дыры массы меньше солнечной. Ученые показали, что при таких ограничениях вся темная материя во Вселенной может содержаться в легких первичных черных дырах, большинство из которых имеет массу порядка от 10-15 до 10-11 солнечных масс.
Если гравитационно-волновая природа сигнала подтвердится, в следующие пять лет NANOGrav составит более четкое представление о форме спектра, чтобы сделать выводы об источнике волн.
От редактора
После публикации заметки мы изменили заголовок на более удачный.
О том, что первичные дыры могут быть составляющими темной материи, уже рассказывал N + 1 Бернард Карр в интервью «Иногда полезно думать о чем-то несуществующем». А здесь мы писали о том, как данные NANOGrav позволили исследовать столкновение двух галактик.
Екатерина Назарова
Это связано с ускорением вращения Марса вокруг своей оси
Планетологи оценили скорость уменьшения продолжительности марсианских суток, которая составила долю миллисекунды в год и вызвана ускорением вращения планеты, а также уточнили размеры ядра Марса. Это удалось сделать благодаря радиоэксперименту RISE, проводившемуся при помощи марсианской автоматической станции InSight. Статья опубликована в журнале Nature. InSight стала первой внеземной геофизической исследовательской станцией, которая проработала на Марсе чуть больше четырех лет, исследуя его сейсмическую активность и внутреннее строение. Одним из основных научных инструментов аппарата стал эксперимент RISE (Rotation and Interior Structure Experiment), в рамках которого отслеживался доплеровский сдвиг в частоте радиосигналов, передаваемых с наземных станций на InSight и обратно. Благодаря ему можно оценить скорости прецессии и нутации оси вращения планеты, которые связаны с параметрами марсианских ядра и мантии. Группа планетологов во главе с Себастьяном Ле Мейстром (Sébastien Le Maistre) из Королевской обсерватории Бельгии опубликовала результаты анализа данных, собранных RISE за 30 месяцев наблюдений для определения свойств ядра и мантии Марса. Ученые также использовали архивные данные спускаемого аппарата «Викинг-1». Исследователи уточнили радиус ядра Марса, который теперь составляет 1835±55 километров, в предположении, что ядро является конвективным и жидким сплавом железа и серы, а мантия твердая. Это хорошо согласуется с предыдущими оценками и требует большого содержания легких элементов. Ученые предполагают, что у Марса все же нет внутреннего твердого ядра. Наиболее совместимый с данными RISE модельный состав ядра включает в себя 2,5 массовых процентов кислорода, 15 массовых процентов серы, 1,5 массовых процентов углерода и один массовый процент водорода. Ученые также оценили ускорение вращения планеты вокруг собственной оси, которое составляет четыре угловых миллисекунды в год за год, что соответствует уменьшению продолжительности марсианских суток на 7,6×10-4 миллисекунды в год. Это значение на три порядка больше, чем эффект от взаимодействия Марса со спутником Фобосом и Солнцем, и может быть связано с долгосрочной внутренней эволюцией Марса или с накоплением льда на полярных шапках и изменением параметров атмосферы. Ранее мы рассказывали о том, как InSight составил детальную схему подповерхностных слоев Марса.