Эрдэмтэд пульсарын таталцлын долгионы хэмжилтийг ашиглан эртний орчлон ертөнцөд оршин байсан байж болох супермассив хар материйн оддын нууцыг тайлахаар зорьж байна.
Пульсарууд нь маш нарийн хэмнэлтэйгээр эргэлддэг тул тэдгээрийн байрлалын өөрчлөлтийг Допплерын эффект ашиглан хэмжих нь таталцлын долгионыг судлах хүчирхэг хэрэгсэл болдог. NANOGrav төслийн хүрээнд 15 жилийн турш 67 пульсарыг ажигласны үр дүнд эрдэмтэд сансрын таталцлын долгионы дэвсгэр түвшнийг илрүүлсэн юм. Гэвч энэхүү өгөгдөл нь эртний сансрын тэлэлтийн үлдэгдэл бус, харин супермассив хар нүхнүүдээс үүдэлтэй чимээ давамгайлж байгааг харуулжээ.
Шинэ судалгаагаар эртний орчлон ертөнцөд супермассив хар нүхнүүд хэрхэн ийм хурдан үүссэнийг тайлбарлах хоёр таамаглалыг авч үзсэн байна. Эхнийх нь устөрөгч болон гелийн асар том үүл шууд нуран унаснаар үүсдэг “Direct Collapse Black Holes” (DCBH) буюу шууд нурангит хар нүхнүүд юм. Хоёр дахь нь хар матери болон ердийн материйн нэгдлээс бүрдэх “Supermassive Dark Stars” (SMDS) буюу супермассив хар оддын загвар бөгөөд эдгээр нь цөмийн нэгдэл бус, хар материйн задралын дүнд гэрэлтдэг байжээ.
Судлаачдын үзэж байгаагаар, хэрэв DCBH-ийн тоо 10 шоо мегапарсек тутамд нэгээс олон байсан бол бидний ажиглаж буй таталцлын долгионы дохио хамаагүй хүчтэй байх ёстой байв. DCBH нь маш ховор тохиолддог тул энэхүү хязгаарт багтаж байгаа юм. Харин хар материйн нөлөөгөөр үүсэх SMDS нь илүү түгээмэл байх боломжтой бөгөөд тэдний үүсгэсэн таталцлын долгион нь өнөөгийн ажиглагдаж буй дохионы гол эх үүсвэр байж болох талтай.
Энэхүү судалгаа нь SMDS оршин байсан гэдгийг шууд нотлохгүй ч, тэдний оршин байх боломжтойг харуулж байна. Пульсарын цагийн массивууд нь эртний сансрын тэлэлтийн онолыг шалгахаас гадна хар материйн нууцлаг шинж чанаруудыг илрүүлэхэд чухал ач холбогдолтой юм.
Дэлгэрэнгүйг эх сурвалжаас харах
Эх сурвалжийг нээх ↓
Pulsars are incredibly precise cosmic clocks. So precise that we can use them to measure subtle changes in their position thanks to the Doppler effect. Pulsar timings were used to prove the existence of gravitational waves long before we could observe them directly. This has led to the idea of a pulsar timing array (PTA). Observe lots of pulsars over time, then look at their timing shifts statistically to study gravitational waves on a cosmic scale.
A good PTA example is the NANOGrav project, which looked at 67 pulsars over the course of 15 years. They hoped to discover evidence of early cosmic inflation, which is the accepted model for explaining several cosmological mysteries. In theory, the rapid inflation of the universe just micro-moments after the Big Bang should have filled the cosmos with a distinct background of gravitational waves, just like the Big Bang itself created a thermal remnant of the cosmic microwave background. NANOGrav did observe cosmic gravitational waves, but they seemed to be dominated by waves created by supermassive black holes. It seems the gravitational cosmic background may be too noisy to detect gravitational waves from inflation.
A new study focuses on these gravitational waves and what they might tell us about supermassive objects in the early universe. One of the things we’ve discovered in recent years is that supermassive black holes existed much earlier than we thought. We aren’t quite sure how supermassive black holes could have formed so quickly, but there are several ideas. This study looks at two of them.
The first is that supermassive black holes were seeded by what are known as Direct Collapse Black Holes (DCBHs). Rather than forming from the remnant of a large star, DCBHs would have formed directly from the collapse of massive clouds of hydrogen and helium. This means they could have formed around the same time the first stars started to appear. In the dense regions of the early universe, they would quickly grow to supermassive size.
The second is a more speculative model known as Supermassive Dark Stars (SMDSs). In this model, dark matter and regular matter collapse into enormous dense clouds. If dark matter can interact with itself and produce heat and light, then these dense clouds would be illuminated by the decay of dark matter rather than nuclear fusion. They could have had a mass of more than a million Suns and would shine like a blue giant star before collapsing into a supermassive black hole.
SMDS waves (blue) would be much stronger than DCBH waves (orange). Credit: Ghodla and Ilie, Physical Review D (2026)
The authors look at the types and intensities of gravitational waves that might be produced by both Direct Collapse Black Holes and Supermassive Dark Stars. One of the things they found was that the gravitational wave observations we have place an upper bound on the number of DCBHs. If there were more than one DCBH per 10 cubic megaparsecs, then the gravitational wave signal would be stronger than we observe. But it’s estimated that DCBHs were quite rare, perhaps only one every million cubic megaparsecs. Well below the observed limit.
But Supermassive Dark Stars are an entirely different situation. If they existed, then the fact that dark matter is by far the dominant matter of the universe, then SMDSs would be rather common. The gravitational waves they produced would be the main source of what we observe today. This doesn’t prove that Supermassive Dark Stars existed, only that they might have existed.
Pulsar timing arrays are already helping us explore the cosmic background of gravitational waves. If they can’t help us prove early cosmic inflation, then perhaps they will reveal some of the strange features of dark matter.
Reference: Ghodla, Sohan, and Cosmin Ilie. “Reconstructing PTA measurements via early seeding of supermassive black holes.” Physical Review D 114.4 (2026): L041303.
Пульсаруудын цагийн массив нь сансрын хар материйн нууцыг илрүүлэхэд үнэхээр ашигтай байж болох юм шиг санагдаж байна. Тэгвэл бидний орчин үеийн технологи энэ чиглэлд ямар сонирхолтой нээлтүүд хийж магадгүй вэ? Хар материйн одод илүү түгээмэл байж магадгүй гэсэн таамаг бол хэр үнэн юм бол?