Краткая история астрономии. Том 11. Темная материя

Глава 11-16-3
Теоретическое рассмотрение

Теоретические рассмотрения показали, что вероятность большого вклада старых объектов MACHO в современное количество тёмной материи во Вселенной мала. Согласно современным представлениям, во время Большого взрыва не могло сформироваться достаточного количества барионов. Отдельные наблюдения барионных акустических осцилляций как в микроволновом фоне, так и в крупномасштабном распределении галактик, дают ограничения на отношение количества барионов к полному количеству вещества во Вселенной. Подобные наблюдения показали, что вне зависимости от наличия или отсутствия MACHO доля небарионного вещества должна быть большой.

Обнаружение

MACHO можно обнаружить при прохождении перед звездой, поскольку притяжение объекта искривит путь распространения света, вследствие чего звезда будет казаться более яркой из-за эффекта гравитационного микролинзирования. Несколько групп исследователей пытались обнаружить объекты MACHO путём поиска усиления света при микролинзировании. По результатам исследования был сделан вывод о том, что наличие тёмной материи нельзя объяснить присутствием MACHO в интервале масс от 1⋅10⁻⁸ до 100 масс Солнца. Группа "the MACHO collaboration" утверждала, что были обнаружены достаточно надёжные проявления микролинзирования, чтобы предсказать наличие большого количества MACHO с массами около 0,5 массы Солнца, способного объяснить присутствие около 20 % тёмной материи в нашей Галактике. Данный вывод подразумевает, что объекты MACHO могут быть белыми карликами или красными карликами с похожими массами. Однако белые и красные карлики не являются совершенно тёмными; они испускают некоторое излучение, поэтому их можно обнаружить в рамках обзоров неба. Проводимые обзоры позволили отвергнуть предположение о том, что подобные объекты составляют значимую часть тёмной материи в нашей галактике. Другая группа исследователей, "the EROS2 collaboration", не подтвердила выводы первой группы. Они не обнаружили достаточного количества явлений микролинзирования при увеличенной вдвое чувствительности. Наблюдения на инструменте NICMOS телескопа «Хаббл» показали, что менее процента массы гало составляют красные карлики, что соответствует пренебрежимо малой доле от массы гало тёмной материи.

Первичные чёрные дыры

Одними из кандидатов на роль объектов MACHO являются первичные чёрные дыры, образовавшиеся в момент начального расширения Вселенной сразу после Большого взрыва. Исследования, основанные на подсчёте событий гравитационного микролинзирования света далёких сверхновых, дают существенные ограничения на возможную долю чёрных дыр с массой более 0,01 масс Солнца в составе тёмной материи — не более 23 %. Тем не менее, остаются ещё не исключённые значения масс, которые могут иметь первичные чёрные дыры, в частности, такие объекты с массами более 10³ солнечных масс могут играть важную роль в космологических процессах, даже составляя очень небольшую долю тёмной материи.

Максимоны

Кроме того, высказывалось предположение, что роль частиц тёмной материи могли бы играть гипотетические планковские чёрные дыры (максимоны), являющиеся конечным продуктом эволюции обычных чёрных дыр, стабильные и более не подверженные излучению Хокинга. Эти объекты характеризует крайне малое сечение взаимодействия — порядка 10⁻⁶⁶ см², на 20 порядков меньше сечения взаимодействия нейтрино. Согласно данной теории, малость сечения взаимодействия нейтральных максимонов с веществом приводит к тому, что значительная (или даже основная) часть материи во Вселенной в настоящее время могла бы состоять из максимонов, не приводя к противоречию с наблюдениями.

Звезда тёмной энергии

Звезда тёмной энергии — гипотетический астрономический объект, теоретическая альтернатива чёрным дырам.

Гипотезу о звёздах тёмной энергии выдвинул сотрудник Ливерморской национальной лаборатории Джордж Чеплин в 2005 году. Согласно его гипотезе, при прохождении через горизонт событий падающее вещество превращается в энергию вакуума или тёмную энергию. За счёт этого пространство внутри горизонта событий будет в конечном итоге иметь отличную от нуля космологическую постоянную и будет оказывать сопротивление гравитации, вследствие чего там не будет сингулярности с исчезновением информации. В 2005 году Д. Чеплин утверждал, что на основе квантовомеханических представлений у него есть «почти полная уверенность», что чёрных дыр в природе не существует, а существуют звезды тёмной энергии. Теория звёзд тёмной энергии базируется на иных принципах, чем теория гравастара.