Internationale onderzoeksteams hebben gezocht naar bewijzen voor het bestaan van primordiale zwarte gaten (PBH's) met een massa die kleiner is dan die van onze zon. Door gebruik te maken van gegevens uit de tweede observatieronde (O2) van de LIGO- en Virgo-detectoren, richtten wetenschappers zich op specifieke fusiegebeurtenissen. Hierbij werd gezocht naar signalen waarbij één van de objecten een sub-solaire massa had, terwijl de andere component zwaarder was dan ongeveer twee zonsmassa's.
Theoretische basis en analyse
De zoektocht is gebaseerd op theoretische modellen die suggereren dat er in het vroege universum een piek in de massaverdeling van primordiale zwarte gaten kan zijn ontstaan. Volgens een publicatie op arxiv.org zou dit kunnen komen door veranderingen in de toestandsvergelijking tijdens de QCD-faseovergang. Deze theoretische motivatie leidde ertoe dat het onderzoeksteam de analyse uitbreidde voorbij de standaardonderzoeken van de LIGO-Virgo Collaboration.
Hoewel de analyse vier kandidaat-gebeurtenissen aan het licht bracht die voldeden aan bepaalde criteria voor de signaal-ruisverhouding en het vals-alarmpercentage, konden deze niet definitief worden bevestigd. De signalen waren simpelweg niet significant genoeg om als betrouwbare detecties van zwarte gaten te worden aangemerkt.
De link met donkere materie
Het ontbreken van bevestigde detecties stelde de wetenschappers in staat om bovengrenzen vast te stellen voor de fusiesnelheid van deze hypothetische objecten. Deze grenzen zijn essentieel om te bepalen of primordiale zwarte gaten een rol spelen bij de samenstelling van donkere materie. In een document via het uu.nl wordt toegelicht dat de huidige modellen nog passen binnen de vastgestelde fusiesnelheden, maar dat de O2-data onvoldoende gevoelig waren om strikte beperkingen op te leggen aan het aandeel van PBH's in de donkere materie.
Recente ontwikkelingen en resultaten
De zoektocht is voortgezet met data uit latere observatierondes. Recente analyses van de vierde observatieronde (O4) van LIGO-Virgo-KAGRA, zoals beschreven in een rapport op ligo.org, bevestigen dat er nog steeds geen statistisch significante kandidaten zijn gevonden voor componenten met een massa tussen 0,2 en 1 zonsmassa in de periode van mei 2023 tot januari 2024.
Deze nieuwere resultaten bieden wel nauwere marges voor de scenario's rond donkere materie. Voor primordiale zwarte gaten die op late tijdstippen fuseerden, is het aandeel in de donkere materie voor massa's boven 0,9 zonsmassa nu beperkt tot een waarde van $\leq 1$ voor monochromatische massafuncties. Bij scenario's van vroege vorming liggen deze beperkingen nog lager: $\leq 7\%$ bij 1 zonsmassa en $\leq 40\%$ bij 0,35 zonsmassa.
Internationale samenwerking
Het onderzoek naar deze ongrijpbare objecten is een breed gedragen wetenschappelijk project. De samenwerking omvat experts van diverse instellingen, waaronder de Universiteit van Amsterdam, Nikhef, de Université de Liège en de Universiteit van Birmingham, zoals vermeld in de projectdetails op inspirehep.net. De resultaten benadrukken de technische uitdagingen bij het detecteren van objecten met een lage massaverhouding en wijzen op de noodzaak van nog gevoeligere instrumenten om de mysteries van het vroege universum en donkere materie te ontrafelen.