Нове дослідження, можливо, виявило зв’язок між надмасивними чорними дірами та частинками темної матерії, що могло б вирішити проблему, яка десятиліттями турбувала астрофізиків: «проблему останнього парсека».
Торік міжнародна група дослідників виявила фоновий «гул» гравітаційних хвиль. Вони припустили, що цей фоновий сигнал виходить від мільйонів пар надмасивних чорних дір, що зливаються.
Надмасивні чорні діри в сотні тисяч до мільярдів разів більші за масою, ніж Сонце. Але теорія вказує на те, що такі злиття між парами надмасивних чорних дір не мають відбутися. Оскільки спостерігати такі об’єкти надзвичайно важко, астрофізикам доводиться покладатися на теоретичне моделювання, щоб зрозуміти динаміку пар чорних дір.
Моделі показують, що коли пари надмасивних чорних дір зближуються по спіралі, вони виділяють енергію. Спочатку цю енергію поглинає речовина, тобто газ і пил, що є довкола них. Але коли вони підійдуть досить близько одна до одної, то вже не залишиться ніякої речовини, яка могла б приймати енергію від чорних дір — на цей момент небесні монстри поглинули або розсіяли всю матерію навколо них.
Це те, що відомо як «проблема останнього парсека» («final parsec problem»). Така назва виникла тому, що, згідно з моделюванням, чорні діри зупиняються на відстані в парсек, що еквівалентно приблизно 3 світловим рокам або приблизною ширині Сонячної системи, включаючи Хмару Оорта.
Проблема останнього парсека не тільки викликає сумніви щодо того, що злиття надмасивних чорних дір є джерелом фону гравітаційної хвилі. Це також суперечить теорії про те, що надмасивні чорні діри утворюються шляхом злиття менших чорних дір.
Нове дослідження, результати якого оприлюднені о в журналі Physical Review Letters, пропонує рішення вказаної проблеми.
«Ми показуємо, що включення ефекту темної матерії, про який раніше не звертали уваги, може допомогти надмасивним чорним дірам подолати цей останній парсек та об’єднатися», — сказав співавтор дослідження Ґонсало Алонсо-Альварес (Gonzalo Alonso-Álvarez) з Торонтського університету та Університету Макґілла в Канаді. «Наші розрахунки пояснюють, як це може статися, на відміну від того, як науковці вважали раніше».
Попередні моделі вказували на те, що коли надмасивні чорні діри наближаються одна до одної на відстань до парсека, вони починають взаємодіяти з хмарою темної матерії або гало навколо них. Гравітаційні сили чорних дір, що обертаються, відкидають темну матерію, тобто енергія від чорних дір не може передаватися, і відстань між ними перестає скорочуватися. Нова модель, натомість, включає взаємодію між частинками темної матерії та парою чорних дір.
«Можливість того, що частинки темної матерії взаємодіють одна з одною, є нашим припущенням, додатковим інгредієнтом, який враховують не всі моделі темної матерії», — зазначив Алонсо-Альварес. «Наш аргумент полягає в тому, що лише моделі з цим інгредієнтом дають змогу розв’язати проблему останнього парсека».
Нова модель не тільки дає потенційну відповідь на вказану проблему, вона також може дати деяке уявлення про природу темної матерії, що становить 80 % всієї матерії у Всесвіті. Але її досі не вдалося виявити.
«Наша робота — це пошук нового методу, що допоможе нам зрозуміти природу частинок темної матерії», — сказав Алонсо-Альварес. «Ми виявили, що еволюція орбіт чорних дір дуже чутлива до мікрофізики темної матерії, і це означає, що ми можемо використовувати спостереження за злиттям надмасивних чорних дір, щоб краще зрозуміти ці частинки».
За інф. з сайту https://cosmosmagazine.com підготував Іван Крячко
