로마 망원경, 원시 블랙홀 탐색

NASA낸시 그레이스 로마 우주 망원경 이는 지구와 비슷한 질량을 가진 이전에 감지되지 않은 '깃털처럼 가벼운' 블랙홀을 드러낼 수도 있습니다. 우주가 시작될 때 형성된 이러한 원시 블랙홀은 천문학과 입자 물리학에 대한 우리의 이해에 큰 영향을 미칠 수 있으며 잠재적으로 우주의 암흑 물질 중 일부를 설명할 수 있습니다.

천문학자들은 태양 질량의 몇 배에서 수백억에 이르는 질량을 가진 블랙홀을 발견했습니다. 이제 한 과학자 그룹은 NASA의 낸시 그레이스 로마 우주 망원경이 지금까지 탐지되지 않았던 일종의 “깃털 같은” 블랙홀을 발견할 수 있을 것이라고 예측했습니다.

오늘날 블랙홀은 거대한 별이 붕괴하거나 거대한 물체가 합쳐질 때 형성됩니다. 그러나 과학자들은 지구와 비슷한 질량을 가진 일부를 포함하여 더 작은 “원시” 블랙홀이 초기 우주의 혼란스러운 순간에 형성되었을 수 있다고 의심합니다.

UC 산타페 박사후 연구원인 윌리엄 디로코(William DiRocco)는 “지구 질량의 원시 블랙홀 집단 발견은 천문학과 입자물리학 모두에 있어 놀라운 진전이 될 것”이라고 말했다. 로마인들이 어떻게 그들을 발견했는지에 대한 연구를 주도한 크루즈. 결과를 설명하는 논문 잡지에 실렸어요 물리적 검토 d. “만약 우리가 그것들을 발견한다면 이론물리학 분야를 뒤흔들 것입니다.”

NASA의 로마 우주 망원경을 사용하여 지구 질량의 원시 블랙홀을 발견하면 우주와 암흑 물질에 대한 우리의 이해가 바뀔 수 있습니다. 출처: NASA 고다드 우주 비행 센터

원시 블랙홀 레시피

오늘날 형성되는 가장 작은 블랙홀은 거대한 별의 연료가 부족할 때 탄생합니다. 핵융합이 감소함에 따라 외부 압력이 감소하므로 내부 중력이 당기는 힘이 줄다리기에서 승리합니다. 별은 수축하고 있으며 밀도가 너무 높아져서… 블랙홀.

그러나 필요한 최소 질량이 있습니다. 태양 질량의 최소 8배입니다. 더 밝은 별은 백색왜성이나 중성자별로 변할 것입니다.

그러나 아주 초기 우주의 조건으로 인해 훨씬 ​​더 가벼운 블랙홀이 형성되었을 수도 있습니다. 지구의 질량을 재는 사람은 사건의 지평선(낙하물이 돌아올 수 없는 지점)을 가지게 되는데, 이는 대략 미국 동전 한 푼의 너비입니다.

우주가 탄생했을 때, 과학자들은 우주가 빛의 속도보다 빠르게 팽창하면서 인플레이션이라고 알려진 짧지만 강렬한 단계를 겪었다고 믿습니다. 이러한 특별한 조건에서 주변 지역보다 밀도가 높은 지역은 붕괴되어 저질량 원시 블랙홀을 형성했을 수 있습니다.

이론에서는 우주가 현재의 나이에 도달하기 전에 가장 작은 것들은 증발해야 한다고 예측하지만, 지구와 비슷한 질량을 가진 것들은 살아남았을 것입니다.

이러한 작은 물체의 발견은 물리학과 천문학에 큰 영향을 미칠 것입니다.

이번 연구에 참여하지 않은 볼티모어 우주 망원경 과학 연구소의 천문학자 카일라시 사후(Kailash Sahu)는 “이것은 은하의 형성부터 우주의 암흑 물질 함량, 우주 역사에 이르기까지 모든 것에 영향을 미칠 것”이라고 말했습니다. “그들의 신원을 확인하는 것은 힘든 일이 될 것이며 천문학자들에게는 많은 설득력이 필요할 것이지만 그만한 가치가 있을 것입니다.”

스티븐 호킹은 방사선이 빠져나가면서 블랙홀이 천천히 줄어들 수 있다는 가설을 세웠습니다. 현재 호킹 복사로 알려진 것이 천천히 누출되면 시간이 지남에 따라 블랙홀이 증발하게 됩니다. 이 인포그래픽은 예상 수명과 사건의 지평선(낙하하는 물체가 더 이상 블랙홀의 중력을 벗어날 수 없는 지점)과 다양한 작은 질량의 블랙홀 직경을 보여줍니다. 출처: NASA 고다드 우주 비행 센터

숨은 집주인이 알려주는 힌트

관측을 통해 이미 그러한 물체가 우리 은하계에 숨어 있을 수 있다는 증거가 밝혀졌습니다. 원시 블랙홀은 눈에 보이지 않을 수 있지만 시공간 주름은 일부 잠재적인 용의자를 잡는 데 도움이 되었습니다.

마이크로렌즈는 볼링공이 트램펄린 위에 놓였을 때 남겨진 자국처럼 시공간 구조를 왜곡하는 질량의 존재로 인해 발생하는 관찰 효과입니다. 우리의 관점에서 물체가 배경 별 가까이 표류하는 것처럼 보일 때마다 별의 빛은 물체 주위의 뒤틀린 시공간을 통과해야 합니다. 정렬이 특히 가까우면 물체가 자연스러운 렌즈 역할을 하여 배경 별의 빛을 집중시키고 증폭시킬 수 있습니다.

별도의 천문학자 그룹이 뉴질랜드 마운트 존 대학교 천문대를 사용하여 마이크로렌즈 관측을 수행하는 공동 작업인 MOA(천체물리학의 미세렌즈 관측)와 OGLE(광학 중력 렌즈 실험)의 데이터를 사용하여 이를 발견했습니다. 예기치 않게 많은 수의 고립된 지구 질량 물체.

행성 형성과 진화에 관한 이론은 특정 질량과 풍부함을 예측하는 불량 행성, 즉 별에 묶이지 않고 은하계를 돌아다니는 세계입니다. MOA와 OGLE 관측에 따르면 모델이 예측한 것보다 더 많은 지구질량 물체가 은하계를 떠돌고 있는 것으로 나타났습니다.

이 작가의 컨셉은 아주 작은 원시 블랙홀을 상상하는 환상적 접근 방식입니다. 사실, 그러한 작은 블랙홀은 여기에서 볼 수 있는 강착 원반을 형성하는 데 어려움을 겪을 것입니다. 출처: NASA 고다드 우주 비행 센터

디로코는 “지구질량 블랙홀과 악성 행성을 사례별로 구별할 수 있는 방법은 없다”고 말했다. 그러나 과학자들은 Roman이 지상 망원경보다 10배 더 큰 질량 범위에서 많은 물체를 발견할 것으로 기대합니다. “Roman은 통계적으로 둘을 구별하는 데 매우 강력할 것입니다.”

DiRocco는 이 질량 범위에 얼마나 많은 악성 행성이 있어야 하는지, 그리고 로마인들이 그들 사이에서 구별할 수 있는 원시 블랙홀이 몇 개 있는지 결정하기 위한 노력을 주도했습니다.

원시 블랙홀을 발견하면 초기 우주에 대한 새로운 정보가 밝혀지고 초기 인플레이션 기간이 이미 발생했음을 강력하게 암시합니다. 이는 또한 과학자들이 우주 질량의 대부분을 구성하지만 아직 확인하지 못한 신비한 암흑 물질의 작은 부분을 설명할 수도 있습니다.

Sahu는 “이것은 Roman이 이미 행성 탐색 중에 확보하게 될 데이터를 사용하여 더 많은 과학자들이 할 수 있는 흥미로운 예입니다.”라고 말했습니다. “과학자들이 지구 질량의 블랙홀에 대한 증거를 찾든 발견하지 않든 결과는 흥미롭습니다. 어느 쪽이든 우주에 대한 우리의 이해를 향상시킬 것입니다.”

참조: William DiRocco, Evan Frangipani, Nick Hammer, Stefano Profumo 및 Nolan Smith의 “낸시 그레이스 로마 우주 망원경을 사용하여 지구 질량 원시 블랙홀 탐지”, 2024년 1월 8일, 물리적 검토 d.
도이: 10.1103/PhysRevD.109.023013

낸시 그레이스 로마 우주 망원경은 메릴랜드 주 그린벨트에 있는 NASA의 고다드 우주 비행 센터에서 NASA의 제트 추진 연구소, 남부 캘리포니아의 Caltech/IPAC, 볼티모어의 우주 망원경 과학 연구소 및 세계 각국. 연구 기관. 주요 산업 파트너는 콜로라도주 볼더에 위치한 BAE Systems, Inc.입니다. 뉴욕주 로체스터의 L3Harris Technologies; 캘리포니아주 사우전드 옥스(Thousand Oaks)에 소재한 Teledyne Scientific & Imaging.