Китайские ученые провели детальное изучение двух ближайших двойных звездных систем, в которых присутствует звезда и черная дыра звездной массы, и получили дополнительные косвенные свидетельства наличия плотной темной материи в окрестностях этих черных дыр. Используемая исследователями модель динамического трения позволила более точно описать поведение звезд-компаньонов, чем любые другие теории, игнорирующие темную материю.
Поскольку темная материя не испускает и не отражает свет, она не взаимодействует с электромагнитным излучением, что существенно затрудняет ее обнаружение. В настоящее время многие исследования сосредоточены на поиске подтверждений существования этой формы материи или разработке методов ее идентификации. На данный момент ученые располагают информацией о том, что гипотетические частицы, составляющие темную материю, взаимодействуют друг с другом и с другими частицами исключительно посредством гравитации, а также о том, что ее масса примерно в пять раз превышает массу вещества, которое мы можем наблюдать.
Несмотря на это, в настоящее время известно около десяти теоретических и эмпирических подтверждений наличия темной материи. Хотя все они основаны на косвенных данных, каждое из них позволяет расширить знания о характеристиках и распространенности темной материи, а также приблизиться к раскрытию ее сущности и идентификации частиц, из которых она состоит.
Новые свидетельства существования темной материи были представлены астрофизиками из Университета образования Гонконга (КНР). В качестве объектов исследования ученые выбрали две ближайшие рентгеновские двойные системы, включающие черную дыру звездной массы и звезду-компаньона — A0620-00 и XTE J1118+480. Эти системы, расположенные на расстоянии трех и шести тысяч световых лет от Солнца, характеризуются активностью и излучают рентгеновские лучи при аккреции вещества звезды-компаньона на черную дыру.
По данным астрономических наблюдений, звезды, вращающиеся вокруг черных дыр, постепенно снижают скорость своего вращения примерно на одну-две миллисекунды в год. Однако, согласно стандартным теоретическим расчетам, это значение должно быть на два порядка меньше – около 0,02 миллисекунды в год. Учет магнитного торможения или приливных сил не позволяет устранить это расхождение с фактическими данными.
В рамках нового исследования ученые решили использовать модель динамического трения для изучения темной материи, чтобы попытаться разрешить противоречия между теоретическими предсказаниями и результатами наблюдений, а также установить, возникают ли всплески плотности темной материи в окрестностях черных дыр звездной массы. Основная идея модели заключается в том, что звезда, перемещающаяся в насыщенной среде, состоящей из частиц темной материи, будет притягивать их посредством гравитации, что приведет к увеличению концентрации частиц позади нее.
Более плотное скопление частиц темной материи, в свою очередь, будет оказывать общее гравитационное влияние на звезду, снижая ее скорость. Эффект динамического трения был предложен более семидесяти лет назад Субраманьяном Чандрасекаром, астрофизиком и лауреатом Нобелевской премии, и, как отмечают авторы исследования, ранее не использовался при анализе подобных систем.
Именно благодаря этому эффекту удалось добиться наиболее точных результатов, соответствующих измеренной скорости снижения звезды-компаньона. В перспективе ученые планируют использовать подобный подход для изучения других двойных систем, в нашей Галактике насчитывается не менее 18 таких объектов. Авторы исследования полагают, что анализ подобных систем способен предоставить дополнительные сведения, которые в конечном итоге помогут раскрыть природу темной материи.
В статье авторы детально излагают ход своего исследования, опубликованной в журнале The Astrophysical Journal Letters.