En av Stephen Hawkings mest kända teorier om mörk materia - att detta mystiska och osynliga ämne består av svarta hål - fick nyligen ett stort slag. Denna slutsats kommer från ett massivt teleskop som fångade en bild av en hel galax i ett skott.
Resultaten utesluter inte helt Stephen Hawkings berömda uppfattning. Men de föreslår att ursprungliga svarta hål måste vara verkligen små för att förklara mörk materia.
Dark matter mysterium
Mörk materia är namnet som ges av fysiker för att förklara ett särskilt mystiskt fenomen: Allt i universum rör sig, kretsar och roterar som om det fanns mer massa än vi kan upptäcka. Förklaringar för mörk materia sträcker sig från spöklika partiklar som kallas neutrino till okända partiklar till nya fysiklagar. På 1970-talet teoretiserade Stephen Hawking och hans kollegor att Big Bang kan ha skapat ett stort antal relativt små svarta hål - var och en av storleken på en proton. Dessa små, forntida svarta hål skulle vara svåra att se, men skulle ändå utöva ett stort tyngdkraft på andra föremål - de två kända egenskaperna hos mörk materia.
Svarta hål avger inget ljus, dock är supermassiva svarta hål, liksom hjärtat i galaxen Messier 87, kantade av ljusa hårddiskar. Ursprungliga svarta hål är dock miljarder gånger mindre och har inga synliga, glödande ämnen som omger dem. Istället betyder att söka efter små svarta hål att leta efter platser där deras kraftfulla gravitationsfält böjer ljus - ett fenomen som kallas mikrolensering.
Teleskop hittar mikrolensering av svarta hål genom att ta många olika bilder av en stjärna över tid. Ett svart hål som passerar framför den stjärnan kommer att snedvrida sitt ljus och få den att blinka; ju mindre det svarta hålet, desto snabbare blir blixten. "Om ett mikrolliseringsobjekt har, låt oss säga en solmassa," sa Takada till Live Science, med hänvisning till solens massa, "tidsskalan är som några månader eller ett år." Men de ursprungliga svarta hålen de letade efter hade bara en liten bråkdel av den massan, ungefär månens massa. Det betyder att deras blixtar skulle bli mycket kortare. HSC är "unik", sade Takada, genom att den låt dem ta bilder av alla stjärnorna i Andromeda-galaxen på en gång, med hisnande snabba (till astronomer) exponeringsintervall - varje intervall var bara 2 minuter långt.
Takada och hans team tog cirka 200 bilder av Andromeda-galaxen under 7 timmar på en klar natt. De hittade bara en potentiell mikrolinseringshändelse. Om primordiala svarta hål utgör en betydande bråkdel av mörk materia, sade Takada, borde de ha sett ungefär 1 000 mikrolysningssignaler.
"Microlensing är guldstandarden för att upptäcka svarta hål eller utesluta dem," säger Simeon Bird, en fysisk fysik i svart hål vid University of California - Riverside, som inte var inblandad i arbetet. "Detta arbete utesluter urbörda svarta hål som mörk materia i en mängd massor där de tidigare begränsningarna inte var lika starka eller lika robusta som den här nya. Det är ett mycket trevligt resultat."
Var det den sista spiken i kistan? Är Hawkings teori verkligen död? Inte så, enligt Bird och Takada, som säger att primordiala svarta hål i ett visst antal massor fortfarande inte helt har eliminerats som kandidater.
"Det finns fortfarande några massor där begränsningarna är svaga, cirka 20-30 solmassor," berättade Bird Live Science. "De kan fortfarande vara 1% till 10% av mörk materia ... och det finns fortfarande ett fönster vid lägre massor, som massan av en mycket liten asteroid."
"Våra fysiker är mycket glada för det finns fortfarande ett fönster," sade Takada. Uppgifterna kan inte utesluta de teensiga små svarta hålen eftersom blinkningarna från de svarta hålen skulle vara mycket för korta, "så vi måste tänka på en annan metod för att göra det."
Det var dock en "blixt" som upptäcktes i deras undersökning. Även om det var ett enda, preliminärt resultat, kan det hamna otroligt viktigt: den allra första upptäckten av ett urbant svart hål, vilket skulle vara en banbrytande validering av något av Hawkings arbete.
"Endast en observation är inte så övertygande," sade Takada. "Vi behöver fler observationer för att bekräfta. Om det verkligen var, borde vi fortsätta hitta samma sak" eftersom de fortsätter att använda HSC för att leta efter mer mikrolysering.
