Проблема останнього парсека. Загадку чорних дір допоможе розгадати темна матерія: у чому суть

Коли відбувається зіткнення, а потім і подальше злиття двох галактик, що їхні центральні надмасивні чорні діри також починають процес злиття. Під дією взаємної гравітації вони починають зближення і кружляють довкола одна одної, поступово зменшуючи відстань, яка їх розділяє. Вчені знають, то те, що чорні діри зливаються завдяки гравітаційним хвилям, які з'являються в результаті цього процесу. Але, що відбувається на фінальній стадії злиття чорних дір, досі залишиться загадкою, яка отримала назву проблема останнього парсека. Автори нового дослідження, опублікованого на сервері препринтів arXiv, вважають, що частину цієї загадки допоможе розгадати невелика кількість темної матерії, пише Phys.

У Фокус. Технології з'явився свій Telegram-канал. Підписуйтесь, щоб не пропускати найсвіжіші та найзахопливіші новини зі світу науки!

Проблема останнього парсека

Для того, щоб зрозуміти, як стикаються і зливаються надмасивні чорні діри, вчені давно створили особливі моделі. Вони показують, що в міру зближення два об'єкти кружляють навколо один одного і зрештою мають перетворитися на одну величезну чорну діру.

Але моделі добре показують поведінку надмасивних чорних дір, коли все ще перебувають відносно далеко одна від одної, але симуляції не можуть точно показати, що відбувається тоді, коли дві чорні діри дуже сильно зблизилися. Тому моделі не показують сам процес злиття чорних дір, а натомість симуляції демонструють, що, коли дві надмасивні чорні діри наближаються одна до одної на відстані приблизно одного парсека (це приблизно 3 світлові роки) їхнє зближення зупиняється. Це відомо, як проблема останнього парсека.

Нечітка темна матерія

Автори дослідження вважають, що для вирішення цієї проблеми потрібно ввести ще одну складову — темну матерію. Згідно зі стандартною космологічною моделлю, холодна темна матерія присутня майже скрізь у космосі, тому вона, найімовірніше, відіграє важливу роль у злитті чорних дір. Але моделювання з використанням холодної темної матерії також не вирішує проблему останнього парсека.

Автори дослідження вважають, що потрібно ввести таку складову, як нечітка темна матерія, яка є різновидом холодної темної матерії, для розв'язання наявної проблеми з чорними дірами.

За словами вчених, нечітка темна матерія схожа на звичайну темну матерію, але складається зі скалярних частинок малої маси. Оскільки ці частинки взаємодіють одна з одною за допомогою жодних фундаментальних взаємодій, крім гравітаційної, вони групуються так само, як частинки звичайної темної матерії, а тому мають "нечіткий" розподіл.

Вчені вважають, що нечітка темна матерія може збільшити швидкість розпаду орбіт чорних дір, особливо найбільших з надмасивних чорних дір. Таким чином це могло б пояснити неймовірно величезні чорні діри, які були виявлені в центрі деяких еліптичних галактик.

Водночас дослідники не дають надійних доказів того, що саме нечітка темна матерія може вирішити проблему останнього парсека. Досі деталі фінального етапу злиття чорних дір залишаються не дуже зрозумілими. Для того, щоб довести або спростувати гіпотезу за участю нечіткої темної матерії у злитті цих двох космічних монстрів потрібні прямі спостереження за надмасивними чорними дірами. Вчені сподіваються їх отримати в найближчому майбутньому.

Як уже писав Фокус, астрономи виявили найтьмянішу галактику-супутник Чумацького Шляху. Нова карликова галактика розташована на відстані 52 тисячі світлових років від центру нашої галактики.