|
Могут ли черные дыры светиться из-за темной материи
|
|
|
|
Темная материя, утекающая по спирали в массивную черную дыру, может излучать гамма-лучи, которые могут быть видимы с Земли, считают ученые. Темной материи во Вселенной в пять раз больше обычной, но она не излучает, не отражает и не поглощает свет, тем самым являясь полностью прозрачной или невидимой. Но если частицы темной материи вокруг темных дыр могут производить гамма-лучи (высокоэнергетический свет), эти излучения могли бы предоставить ученым новый способ изучения этого загадочного материала.
|
|
|
|
Процесс, ответственный за создание гамма-лучей, кажется несколько нелогичным, поскольку бросает вызов двум общим допущениям: ничто не может покинуть черную дыру и не бывает бесплатного сыра в мышеловке.
|
|
Невероятный побег
|
|
|
|
Джереми Шниттман — астрофизик-теоретик из Центра управления космическими полетами Годдарда NASA, и он начинает проект по изучению данных космического гамма-лучевого телескопа Ферми на предмет поиска высокоэнергетического света на границе черной дыры, который мог бы излучаться темной материей.
|
 |
|
«Мы, на самом деле, только начали заниматься этой проблемой, — говорит Шниттман. — Как астрофизик-теоретик за свою карьеру я проанализировал не так много данных, поэтому мне придется подучиться. К счастью, меня окружают люди здесь, в Годдарде, которые являются реальными экспертами по данным Ферми».
|
|
|
|
Поиск темной материи у Шниттмана начался с компьютерной программы, которую он разрабатывал десять лет. Она моделирует в 3D пути частиц, которые проносятся в пространстве рядом с черной дырой, некоторые оказываются достаточно близко, чтобы выйти на ее орбиту или упасть в нее.
|
|
|
|
Около года назад, он решил настроить программу для моделирования частиц темной материи. В результате получилось видео, которое показывает, как субатомные частицы захватываются гравитационной тягой черной дыры и кружат вокруг региона под названием эргосфера (в которой все частицы должны вращаться в направлении вращения черной дыры). Некоторые из этих частиц сталкиваются и уничтожают друг друга (происходит аннигиляция), и это производит гамма-лучи.
|
|
|
|
Обычно эти частицы света падали бы в черную дыру, не в силах бороться с ее притяжением, если бы не так называемый процесс Пенроуза.
|
|
|
|
В 1971 году астрофизик Роджер Пенроуз показал, что если очень близко к черной дыре рождаются два фотона, существует возможность, что один убежит, а другой упадет внутрь. Эта идея противоречит идее о том, что ничто не может покинуть черную дыру, или ничто из того, что пересекает «горизонт событий» — границу, за которой гравитационное притяжение становится настолько сильным, что даже свет не может покинуть его.
|
|
|
|
Согласно принципу Пенроуза, частицы не образуются за этой точкой невозврата, но в обычных обстоятельствах у каждой частицы был бы шанс сбежать. Поэтому принцип Пенроуза как бы изменяет судьбу как минимум одной частицы, давая ей шанс на отступление.
|
|
|
|
В 2009 году группа ученых показала, что процесс Пенроуза можно применить к частицам темной материи, которые аннигилируют с образованием двух гамма-лучей. Если частицы темной материи аннигилируют рядом с поверхностью черной дыры, телескопы на Земле могли бы уловить убегающие гамма-лучи.
|
|
|
|
Модель Шниттмана показала еще больше путей, которые могут избрать частицы, включая и то, что должно рождаться еще больше гамма-лучей, которые могут покинуть черную дыру, а их энергия будет еще выше. Краткое описание результатов было опубликовано в Physical Review Letters, а более подробное — в Astrophysical Journal.
|
|
|
|
Вооружившись этими результатами, Шниттман и его коллеги сейчас ищут такой сигнал, хотя полагают, что он будет крайне тусклым по сравнению со многими другими источниками гамма-излучения. Ученые создают список целевых галактик, у которых имеется несколько гамма-лучевых источников и очень массивные черные дыры.
|
|
|
|
«Чем больше черная дыра, тем больше сигнал, — говорит Шнитттман. — Он масштабируется так, что если масса вашей черной дыры увеличивается на 10 порядков, ожидаемый сигнал усилится на 1000 порядков».
|
|
|
|
«Первые намеки на обнаружение этого эффекта, безусловно, не будут свидетельствовать о конкретном обнаружении. Но обеспечат мощный верхний предел для этого типа процесса, а также подкрепление теории о взаимодействии высокоэнергетических частиц темной материи. Это уже прогресс».
|
|
|
|
Частицы, которые покидают черную дыру посредством процесса Пенроуза, не только освобождаются, но и уходят с большей энергией, нежели имели раньше. На самом деле, конечная энергия должна быть ощутимо больше. Это, по сути, бесплатный сыр.
|
|
|
|
С момента выхода в свет работы Пенроуза, ученые показали, что убегающие частицы не только воруют энергию у своих партнеров (в основном отталкиваясь от другой частицы), но также воруют ее у вращающейся черной дыры. Каждая частица Пенроуза, которая покидает черную дыру, замедляет ее вращение на крохотную величину.
|
|
|
|
(Когда Пенроуз изначально предлагал свою идею, он писал, что это явление можно было бы использовать в продвинутом обществе как переработку мусора с выходом энергии, где мусор выступал бы частицами, падающими в черную дыру, производящими высокие энергии на выходе).
|
|
|
|
Шниттман говорит, что надеется обнаружить сигнал темной материи в данных Ферми. Правда, увидеть такой небольшой сигнал на общем фоне гамма-лучей Вселенной будет очень непросто, да и само существование сигнала стоит под вопросом: образуют ли частицы темной материи гамма-лучи при аннигиляции?
|
|
|
|
Напомним, что ученые не знают, из чего состоит темная материя, не говоря уж о том, аннигилируют ли ее частицы, как то предполагает модель Шниттмана. Поэтому, если Шниттман найдет сигнал, это будет мощным прорывом в исследовании темной материи.
|
|
|
|
http://hi-news.ru/space/mogut-li-chernye-dyry-svetitsya-iz-za-temnoj-materii.html
|
