Primordiale zwarte gaten (PBH's) zijn objecten die slechts een fractie van een seconde na de oerknal zijn gevormd, door veel onderzoekers beschouwd als een van de belangrijkste kandidaten voor het verklaren van de aard van donkere materie, vooral na directe waarnemingen van zwaartekrachtsgolven door de VIRGO- en LIGO-detectoren in 2016. "We hebben een scenario getest waarin donkere materie is samengesteld uit niet-stellaire zwarte gaten, gevormd in het oeruniversum, " zegt Riccardo Murgia, hoofdauteur van de studie die onlangs is gepubliceerd in Fysieke beoordelingsbrieven . Het onderzoek werd uitgevoerd samen met zijn collega's Giulio Scelfo en Matteo Viel van SISSA-International School for Advanced Studies en INFN-Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (divisie Triëst) en Alvise Raccanelli van CERN.

"Oorspronkelijke zwarte gaten blijven voorlopig hypothetische objecten, maar ze worden voorgesteld in sommige modellen van het oorspronkelijke universum, ", zegt Raccanelli van CERN. "Aanvankelijk voorgesteld door Stephen Hawking in 1971, ze zijn de afgelopen jaren weer op de voorgrond getreden als mogelijke kandidaten voor het verklaren van donkere materie. Er wordt aangenomen dat donkere materie ongeveer 80 procent van alle materie in het universum uitmaakt, dus het zou al een grote prestatie zijn om zelfs maar een klein deel ervan uit te leggen. Op zoek naar bewijs voor het bestaan ​​van PBH's, of hun bestaan ​​uitsluiten, geeft ons ook informatie die van groot belang is over de fysica van het oeruniversum."

Kosmische bossen en spinnenwebben

In dit werk, de wetenschappers concentreerden zich op de overvloed aan PBH's die 50 keer massiever zijn dan de zon. Kortom, de onderzoekers hebben geprobeerd verschillende parameters die verband houden met hun aanwezigheid (met name massa en overvloed) beter te beschrijven door de interactie te analyseren van het licht dat wordt uitgezonden door extreem verre quasars met het kosmische web, een netwerk van filamenten bestaande uit gas en donkere materie die overal in het universum aanwezig zijn.

Binnen dit dichte weefsel, de geleerden hebben zich geconcentreerd op het zogenaamde Lyman-alfawoud, de interacties van fotonen met de waterstof van kosmische filamenten, die kenmerken vertoont die nauw verband houden met de fundamentele aard van donkere materie.

Tussen supercomputers en telescopen

Simulaties uitgevoerd met behulp van de Ulysses-supercomputer van SISSA en ICTP hebben de interacties tussen fotonen en waterstof kunnen reproduceren. De modellen zijn vergeleken met echte interacties die zijn gedetecteerd door de Keck-telescoop op Hawaï. De onderzoekers waren vervolgens in staat om verschillende eigenschappen van oerzwarte gaten te traceren om de effecten van hun aanwezigheid te begrijpen.

"We gebruikten een computer om de verdeling van neutrale waterstof op subgalactische schalen te simuleren, die zich manifesteert in de vorm van absorptielijnen in de spectra van verre bronnen, " zegt Murgia. "Als we de resultaten van onze simulaties vergelijken met de waargenomen gegevens, het is mogelijk om grenzen te stellen aan de massa en overvloed van oerzwarte gaten en te bepalen of en in welke mate dergelijke kandidaten donkere materie vormen."

De resultaten van de studie lijken het geval dat alle donkere materie is samengesteld uit een bepaald type oerzwart gat (die met een massa groter dan 50 keer die van de zon) te benadelen, maar ze sluiten niet volledig uit dat ze een fractie zouden kunnen vormen ervan.

"We hebben een nieuwe manier ontwikkeld om gemakkelijk en efficiënt alternatieve scenario's van het standaard kosmologische model te verkennen, volgens welke donkere materie in plaats daarvan zou zijn samengesteld uit zwak interagerende massieve deeltjes (WIMP's)."

deze resultaten, belangrijk voor de constructie van nieuwe theoretische modellen en voor de ontwikkeling van nieuwe hypothesen over de aard van donkere materie, bieden veel preciezere aanwijzingen voor het traceren van het ingewikkelde pad naar het begrijpen van een van de grootste mysteries van de kosmos.