2016 년 2 월, 레이저 간섭계 중력파 천문대 (LIGO)에서 일하는 과학자들은 중력파의 최초 탐지를 발표하면서 역사를 만들었습니다. 그 이후로 다수의 탐지가 이루어졌으며 Advanced LIGO 및 Advanced Virgo와 같은 관측소 간의 과학적 협력으로 전례없는 수준의 감도 및 데이터 공유가 가능해졌습니다.
이 사건은 아인슈타인의 일반 상대성 이론 (Theory of General Relativity)에 의해 100 년 전의 예언을 확인했을뿐만 아니라 천문학의 혁명으로 이어졌습니다. 또한 블랙홀이 우주의“누락 된 질량”을 설명 할 수 있다고 믿는 일부 과학자들의 희망을 불러 일으켰습니다. 불행하게도 UC 버클리 물리학 자 팀의 새로운 연구 결과에 따르면 블랙홀은 오랫동안 구해온 암흑 물질의 원천이 아닙니다.
그들의 연구,“유형 Ia 초신성의 중력 렌즈에서 암흑 물질로 스텔라-매스 콤팩트 물체에 대한 한계”는 최근에 실제 검토 서한. 이 연구는 우주 과학 교수이자 BCCP 공동 책임자 인 Uros Seljak의 지원을 받아 버클리 우주 물리학 센터 (BCCP)의 Marie Curie Global Fellow 인 Miguel Zumalacarregu가 주도했습니다.
간단히 말해서, 암흑 물질은 오늘날 천문학 자들이 직면하고있는 가장 애매하고 성가신 신비 중 하나입니다. 그것이 우주에서 물질의 84.5 %를 차지한다는 사실에도 불구하고, 그것을 발견하려는 모든 시도는 지금까지 실패했습니다. 초경량 입자 (axion)부터 약한 상호 작용 질량 입자 (WIMPS) 및 Massive Compact Halo Objects (MACHO)에 이르기까지 다양한 후보가 제안되었습니다.
그러나이 후보들은 질량이 90 정도되는데 여러 이론가들은 여러 종류의 암흑 물질이있을 수 있다고 제안함으로써 해결하려고 시도했다. 그러나 이것은 그들의 기원에 대해 다른 설명을 요구할 것이며, 이는 우주 론적 모델을 더욱 복잡하게 할 뿐이다. Miguel Zumalacárregui는 최근 UC 버클리 보도 자료에서 다음과 같이 설명했습니다.
“저는 두 가지 유형의 블랙홀, 매우 무겁고 매우 가벼운 블랙홀 또는 블랙홀과 새로운 입자라고 생각할 수 있습니다. 그러나이 경우 구성 요소 중 하나는 다른 것보다 훨씬 무거 우며 비슷한 양으로 생산해야합니다. 우리는 천체 물리에서 우주에서 가장 가벼운 것까지 설명 할 수 없을 정도로 아주 미세한 것으로 갈 것입니다.”
연구를 위해 팀은 중간 블랙홀이 존재하여 확대 또는 밝아 졌는지 확인하기 위해 (2014 년 기준) 발견 된 가장 밝은 초신성 740 개에 대한 통계 분석을 수행했습니다. 큰 물체의 중력이 더 먼 물체에서 나오는 빛을 확대하는이 현상을 "중력 렌즈"라고합니다.
기본적으로, 블랙홀이 우주에서 지배적 인 형태의 물질이라면, 중력 적으로 확대 된 초신성은 원시 블랙홀 때문에 다소 빈번하게 발생합니다. 이러한 가상의 블랙홀 형태는 질량이 수십 또는 수백 개의 태양 질량으로 집중되어있는 우주의 일부에서 빅뱅 이후 처음 몇 밀리 초 내에 형성되어 최초의 블랙홀이 형성되는 것으로 생각됩니다.
이 블랙홀 인구와 거대한 소형 물체의 존재는 먼 물체에서 지구로가는 빛을 중력 적으로 구부리고 확대 할 것입니다. 이것은 천문학 자들이 우주의 거리와 우주가 팽창하는 속도를 측정하기위한 표준 밝기 원으로 수십 년 동안 사용해온 먼 Type Ia 초신성의 경우에 특히 그렇습니다.
그러나 740 개의 초신성 (Union에서는 580 개, JLA (Joint Light-curve Analysis) 카탈로그에서는 740)의 밝기 및 거리에 대한 데이터의 복잡한 통계 분석을 수행 한 후, 팀은 8 개의 초신성에 의해 역사적으로 관찰 된 것보다 10 분의 1의 몇 퍼센트. 그러나 저 질량 블랙홀을 고려한 경우에도 이러한 밝게는 감지되지 않았습니다.
Zumalacárregui는“하나의 초신성에 대해서는이 효과를 볼 수 없지만, 이들을 모두 합쳐서 완전한 베이지안 분석을 수행 할 때, 암흑 물질에 매우 강한 제약을 가하기 시작합니다.
그들의 분석에서 그들은 블랙홀이 우주에서 암흑 물질의 약 40 %를 구성 할 수 있다고 결론 지었다. Pantheon 카탈로그에서 1,048 개 더 밝은 초신성을 포함시킨 후 (더 먼 거리에서) 구속 조건이 더욱 엄격 해졌습니다. 이 두 번째 데이터 세트를 사용하면 원래 분석보다 훨씬 더 낮은 상한 (23 %)을 얻었습니다.
이 결과는 우주의 암흑 물질이 무거운 블랙홀이나 MACHO와 같은 유사하게 거대한 물체로 구성되어 있지 않음을 시사합니다. Seljak은“우리는 표준 토론으로 돌아 왔습니다. “암흑 물질은 무엇입니까? 실제로, 우리는 좋은 옵션이 부족합니다. 이것은 미래 세대에게 어려운 과제입니다.”
이 연구는 과학자들이 MACHO와 다른 거대한 물체를 암흑 물질의 원인으로 고려하던 1990 년대 후반 Seljak이 수행 한 초기 연구를 기반으로합니다. 그러나,이 연구는 소수의 먼 Type Ia 초신성이 발견되거나 그 당시의 거리가 측정 되었기 때문에 제한되었습니다.
또한 이후 다크 물질에 대한 검색은 큰 물체에서 WIMP와 같은 기본 입자로 전환되었습니다. 결과적으로, 후속 연구 계획은 구체화되지 않았다. 그러나 중력파에 대한 LIGO의 관찰 덕분에 블랙홀과 암흑 물질 사이의 연결이 다시 한 번 나타 났고 셀주크와 주말 라 카레 구이는 분석을 수행 할 수있었습니다.
Seljak은“LIGO 행사에서 블랙홀의 질량이 블랙홀이 아직 암흑 물질로 배제되지 않은 곳에 있다는 것이 흥미 롭다”고 말했다. “이것은 모든 사람들을 흥분시키는 흥미로운 우연의 일치였습니다. 그러나 우연의 일치였습니다.”
암흑 물질 이론은 1970 년대에 "골든 상대성 시대"동안 공식적으로 채택되어 우주의 겉보기 질량과 관측 된 중력 효과 사이의 불일치를 설명합니다. 반세기 후에도, 우리는 여전히이 불가사의하고 보이지 않는 덩어리를 추적하려고 시도하는 것 같습니다. 그러나 모든 연구에서 암흑 물질에 대한 추가적인 제약이 가해지고 있으며 가능한 후보는 제거되었습니다.
시간이 주어지면 우주 론적 미스터리를 풀고 우주가 어떻게 형성되고 진화했는지 이해하는 데 한 걸음 더 다가 갈 수 있습니다.
