Массивный компактный гало-объект ( MACHO ) — это тип астрономического тела, которое может объяснить видимое присутствие темной материи в галактических гало . MACHO — это тело, которое испускает мало или совсем не испускает излучения и дрейфует в межзвездном пространстве, не связанное ни с одной планетной системой (и может состоять или не состоять из обычной барионной материи ). Поскольку MACHO не светятся, их трудно обнаружить. Кандидаты на роль MACHO включают черные дыры или нейтронные звезды , а также коричневые карлики и не связанные с ними планеты . Белые карлики и очень слабые красные карлики также были предложены в качестве кандидатов на роль MACHO. Этот термин был придуман астрофизиком Кимом Гристом. [1]
MACHO может быть обнаружен, когда он проходит перед или почти перед звездой, и гравитация MACHO искривляет свет, заставляя звезду казаться ярче в примере гравитационного линзирования, известного как гравитационное микролинзирование . Несколько групп искали MACHO, ища микролинзовое усиление света. Эти группы исключили темную материю , объясняемую MACHO с массой в диапазоне1 × 10−8 солнечных масс (0,3 лунных масс) до 100 солнечных масс. Одна группа, коллаборация MACHO, заявила в 2000 году, что обнаружила достаточно микролинзирования, чтобы предсказать существование множества MACHO со средней массой около 0,5 солнечных масс , что достаточно, чтобы составить, возможно, 20% темной материи в галактике. [2] Это говорит о том, что MACHO могут быть белыми карликами или красными карликами, имеющими схожие массы. Однако красные и белые карлики не полностью темные; они действительно излучают немного света, и поэтому их можно искать с помощью космического телескопа Хаббл и с помощью обзоров собственного движения . Эти поиски исключили возможность того, что эти объекты составляют значительную часть темной материи в нашей галактике. Другая группа, коллаборация EROS2, не подтверждает заявления о сигналах группы MACHO. Они не обнаружили достаточного эффекта микролинзирования при чувствительности, превышающей ее в 2 раза. [3] Наблюдения с использованием инструмента NICMOS космического телескопа Хаббл показали, что менее одного процента массы гало состоит из красных карликов. [4] [5] Это соответствует незначительной доле массы гало темной материи. Поэтому проблема недостающей массы не решается с помощью MACHO.
Иногда можно считать, что MACHO включают в себя черные дыры . Изолированные черные дыры без какой-либо материи вокруг них действительно черные, поскольку они не излучают света, а любой свет, падающий на них, поглощается и не отражается. Черную дыру иногда можно обнаружить по гало яркого газа и пыли, которое образуется вокруг нее в виде аккреционного диска , втягиваемого гравитацией черной дыры. Такой диск может генерировать струи газа, которые выбрасываются из черной дыры, поскольку он не может быть поглощен достаточно быстро. Однако изолированная черная дыра не будет иметь аккреционного диска и будет обнаружена только с помощью гравитационного линзирования. Космологи сомневаются, что черные дыры с непрямым коллапсом составляют большую часть темной материи, поскольку черные дыры находятся в изолированных точках галактики. Наибольший вклад в недостающую массу должен быть распределен по всей галактике, чтобы уравновесить гравитацию. Меньшинство физиков, включая Чаплина и Лафлина , считают, что общепринятая модель черной дыры неверна и ее необходимо заменить новой моделью, звездой темной энергии ; В общем случае для предлагаемой новой модели космологическое распределение темной энергии будет слегка неоднородным, и звезды темной энергии первичного типа могут быть возможными кандидатами на роль MACHO.
Нейтронные звезды , в отличие от черных дыр, недостаточно тяжелы, чтобы полностью схлопнуться, и вместо этого образуют материал, похожий на атомное ядро, называемый нейтронной материей . По прошествии достаточного времени эти звезды могут излучать достаточно энергии, чтобы стать достаточно холодными и слишком слабыми, чтобы их можно было увидеть. Аналогично, старые белые карлики также могут стать холодными и мертвыми, в конечном итоге становясь черными карликами , хотя вселенная , как полагают, недостаточно стара, чтобы какие-либо звезды достигли этой стадии.
Коричневые карлики также были предложены в качестве кандидатов на MACHO. Коричневые карлики иногда называют «неудавшимися звездами», поскольку у них недостаточно массы для начала ядерного синтеза после того, как их гравитация заставит их коллапсировать. Коричневые карлики примерно в тринадцать-семьдесят пять раз больше массы Юпитера. Сжатие материала, образующего коричневого карлика, нагревает их, поэтому они слабо светятся только в инфракрасном диапазоне, что затрудняет их обнаружение. Исследование эффектов гравитационного линзирования в направлении Малого Магелланова Облака и Большого Магелланова Облака не выявило количества и типа событий линзирования, ожидаемых, если коричневые карлики составляют значительную долю темной материи. [6]
Теоретическая работа одновременно также показала, что древние MACHO, вероятно, не объясняют большие количества темной материи, которые сейчас считаются присутствующими во Вселенной. [7] Большой взрыв , как он понимается в настоящее время, не мог произвести достаточно барионов и при этом соответствовать наблюдаемому содержанию элементов, [8] включая содержание дейтерия . [9] Кроме того, отдельные наблюдения барионных акустических колебаний , как в космическом микроволновом фоне , так и в крупномасштабной структуре галактик, устанавливают ограничения на соотношение барионов к общему количеству материи. Эти наблюдения показывают, что большая доля небарионной материи необходима независимо от наличия или отсутствия MACHO; [10] однако кандидаты MACHO, такие как первичные черные дыры , могли быть образованы из небарионной материи (из добарионных эпох раннего Большого взрыва). [11]