|
Накопление темной материи вокруг черных дыр
|
|
|
|
Мы можем не знать, что такое темная материя, но постоянно получаем намеки на нее. «Мы приближаемся к точке, когда наблюдательные доказательства существования темной материи просто неоспоримы», — сказал Маянк Шарма, аспирант по физике из Виргинского технологического университета.
|
|
|
|
Каждое новое открытие рассказывает нам больше о невидимом веществе, которое намного превосходит по массе всю видимую материю во Вселенной, — например, о том, что гравитация является единственной известной силой, которая оказывает на нее какое-либо воздействие, и что темная материя собирается, подобно сгущающемуся облаку черного дыма, вокруг сверхмассивных черных дыр.
|
|
|
|
Последнее открытие является новым и было опубликовано в недавней статье, подготовленной исследователями из Виргинского технологического университета и опубликованной в журнале Physical Review D.
|
|
|
|
Используя астрофизический метод, называемый эхо-картированием, исследователи представили доказательства в поддержку этой теории, которая долгое время считалась достоверной, но не была подтверждена физикой элементарных частиц.
|
|
|
|
|
|
|
Разница в количестве темной материи
|
|
|
|
Гравитация притягивает всю светящуюся материю во Вселенной, заставляя звезды и галактики вращаться с головокружительной скоростью — намного, намного быстрее, чем это необходимо.
|
|
|
|
Этот «турбо-ускорение» обусловлен гравитационным притяжением невидимой темной материи.
|
|
|
|
«Существует огромная разница», — сказал Нахум Арав, физик из Вирджинского технологического университета. «То, что мы видим, намного меньше, чем нам нужно».
|
|
|
|
Дополнительная скорость указывает на влияние темной материи на огромных расстояниях во Вселенной. Но что происходит на краю черной дыры?
|
|
|
|
Темная материя не колеблется
|
|
|
|
Черные дыры — это области в космосе, где гравитация настолько сильна, что она тянет и искажает саму ткань пространства-времени.
|
|
|
|
Ученые могут наблюдать, как обычная материя падает к черной дыре. Пыль, газ и плазма сталкиваются в бурном аккреционном диске, вызывая трение, теряя импульс и вращаясь по спирали внутрь.
|
|
|
|
Но тёмная материя не колеблется. Она не может сильно взаимодействовать сама с собой или с видимой материей. Всё, что она знает, — это гравитация. Теория предсказывает, что тёмная материя, не имея механизма для отвода энергии, просто плотно располагается на окраинах — хотя это поведение нельзя наблюдать с помощью стандартных телескопов.
|
|
|
|
Обсуждая эту проблему с Гонсало Эррерой, бывшим постдокторантом Вирджинского технологического университета в области физики элементарных частиц, Шарма увидел возможный путь решения.
|
|
|
|
«Мы могли бы проверить это предсказание, используя метод из астрономии, который позволяет измерить расстояние до окружающего газа, ища эхо света».
|
|
Эхо света? Звучит как выдумка.
|
|
|
|
Также известное как реверберационное картирование, эхо света — это хорошо зарекомендовавший себя метод измерения массы чёрных дыр.
|
|
|
|
Когда вещество падает к чёрной дыре, оно высвобождает всплеск энергии, который вызывает пульсацию аккреционного диска. Световой импульс распространяется наружу, пока не столкнется с окружающим газом, который поглощает и переизлучает свет во вторичном импульсе, подобно эху.
|
|
|
|
Астрономы обнаруживают первоначальную вспышку и, после некоторой задержки, её эхо.
|
|
|
|
Поскольку свет распространяется с постоянной скоростью, задержка показывает расстояние газа от черной дыры. Первоначальный сигнал также содержит «отпечатки пальцев» черной дыры, где интенсивное тепло и излучение отрывают электроны от газа. Этот эффект менее выражен в эхо-сигнале, который находится дальше от черной дыры.
|
|
|
|
Сравнивая сигналы, ученые могут использовать математическую зависимость между расстоянием, скоростью света и массой, чтобы рассчитать, сколько темной материи окружает черную дыру.
|
|
|
|
Применив этот метод к 14 далеким галактикам, команда обнаружила пять случаев, когда масса увеличивалась с расстоянием быстрее, чем это можно объяснить одной лишь видимой материей.
|
|
|
|
«Эти галактики определенно указывают на наличие дополнительного материала, который нельзя объяснить только сверхмассивной черной дырой», — сказал Шарма.
|
|
|
|
Ограничения в данных означают, что результаты являются лишь подтверждением концепции, а не окончательным обнаружением, но исследование намечает четкий путь к подтверждению.
|
|
Будущие наблюдения могут подтвердить — или опровергнуть — эту теорию.
|
|
|
|
Если наличие темной материи подтвердится в будущих исследованиях, астрономам придется учитывать ее влияние при изучении сверхмассивных черных дыр и их окружения. С другой стороны, если теория будет опровергнута, физикам-частицам придется вернуться к истокам, чтобы понять, что такое темная материя на самом деле.
|
|
|
|
В любом случае, «перспективы захватывающие», — сказал Шарма.
|
|
|
|
Источник
|
