Темная материя и LIGO

Вскоре мы начнем получать больше данных от гравитационных детекторов. Virgo скоро появится в сети, но LIGO будет отключен на некоторое время из-за обновлений. Когда они полностью заработают и к ним добавится пара других, мы должны начать обнаруживать, может быть, 10 в год, а через 10 лет у нас будет около 100 обнаруженных слияний черных дыр (ЧД). И измерил. Статистические данные о том, достаточно ли ЧД среднего размера (от 10-20 до 100 масс Солнца) для образования темной материи, станут более известны.

Два других подтвержденных обнаружения ЧД в LIGO были меньше, чем первое, 8/14 солнечных масс для второго и, возможно, вдвое больше для третьего. Ничего страшного, кроме первого обнаружения слияния BH.

Чтобы составить темную материю, нужно восполнить массу. Примерно в 5 раз больше, чем видимая материя. С дополнительной статистикой мы увидим, насколько вероятны средние.

Кроме того, с большим количеством интерферометров мы сможем определить местонахождение источников, гораздо больше, чем оценки в четверть или около того полушария, которые у нас есть сейчас. Будет ли этого достаточно, чтобы определить, находятся ли они в гало галактики, где они должны быть более вероятными, еще неизвестно — я сомневаюсь, что это было бы так хорошо. Но мы должны быть в состоянии начать коррелировать местоположения с другими наблюдаемыми галактиками и, возможно, с$\gamma$лучевые всплески или источники рентгеновского излучения и начните привязывать к ним кое-что из астрофизики.

Что мне не ясно, так это то, было ли проведено достаточно расчетов/симуляций, чтобы оценить, сколько должно быть этих первичных ЧД, и увидеть некоторые из них с помощью микролинзирования.

Наконец, в какой-то момент (не похоже, что в начале 2020-х, дорого) у нас будут космические гравитационные интерферометры, чтобы увидеть гравитационные волны в течение первой секунды Вселенной и увидеть некоторые остатки их образования. Также мы можем обнаружить их влияние на CMB.

Некоторые из этих наблюдений за астрофизическими и гравитационными волнами должны указывать на вещи в ту или иную сторону.

Верно то, что мы могли бы определить вклад ЧД в темную материю. Но еще слишком рано говорить, выглядит ли это позитивно или нет. До открытия черных дыр среднего размера пространство параметров MACHO было сокращено до минимума для возможных источников темной материи. Но считалось, что ЧД среднего размера не преобладают. Так что у МАЧО появился новый шанс.

См. http://www.sciencemag.org/news/2017/02/dark-matter-made-black-holes.

LIGO может дать представление о возможности существования одного компонента темной материи: первичных черных дыр . Ключевыми целями интерферометров гравитационных волн являются сливающиеся двойные системы (либо черные дыры, либо нейтронные звезды), поэтому, если со временем будет обнаружено достаточное количество двойных черных дыр, ученые смогут ограничить диапазоны масс первичных черных дыр, что даст нам лучшее понимание того, могут ли они быть хорошими кандидатами в темную материю.

Это было подробно исследовано в недавней статье Bird et al. (2016) . Авторы рассматривают диапазоны масс от$20$к$100$солнечные массы. Они заявляют, что если массы первичных черных дыр примерно такие же, как при первом обнаружении в 2015 году ( GW150914 ), то скорость слияния первичных черных дыр должна соответствовать скорости слияния, полученной в результате этого события.

При этом авторы предположили, что массы гипотетических черных дыр аналогичны массам черных дыр, обнаруженных в том первом событии. С тех пор у LIGO были и другие обнаружения ( GW151226 и GW170104 ), включающие двойные системы с разными массами. Возможно, Берд и др. изменили бы свои расчеты на основе этих более поздних открытий.