Китайские ученые изучили две двойные системы с звездой и черной дырой, обнаружив косвенные доказательства плотной темной материи около этих черных дыр.
Темная материя не испускает и не отражает свет из-за отсутствия участия в электромагнитном взаимодействии. Это делает ее поиски крайне сложным заданием. Современные исследования стремятся найти доказательства существования этой формы материи или способы ее обнаружения. Ученые располагают лишь знанием о том, что гипотетические частицы темной материи взаимодействуют друг с другом и другими частицами исключительно гравитационно, а также о том, что невидимая материя в пять раз превосходит наблюдаемое нами вещество.
Сегодня известно не менее десятка теоретических и наблюдательных доказательств существования темной материи. Все они косвенные, но каждое свидетельство добавляет информацию о свойствах, распространении темной материи, приближая нас к пониманию ее природы и открытию ее частиц.
Астрофизики из Гонконга изучили две ближайшие к Солнцу рентгеновские двойные системы: A0620-00 и XTE J1118+480. В каждой системе черная дыра звездной массы поглощает вещество звезды-компаньона, излучая при этом рентгеновское излучение.
Во время вращения вокруг черных дыр звёзд-компаньонов скорость уменьшается примерно на одну-две миллисекунды в год, как показывают наблюдения астрономов. Стандартная теоретическая оценка даёт значение в два порядка ниже – 0,02 миллисекунды в год. При этом учет магнитного торможения или приливных сил не приводит к ожидаемому результату и также не согласуется с данными наблюдений.
В исследовании авторы применили модель динамического трения к темной материи для объяснения расхождения теории с наблюдениями и выяснить наличие всплесков плотности темной материи около черных дыр звездной массы. Модель предполагает, что движущаяся звезда в густой среде частиц темной материи притягивает их гравитацией, создавая повышенную концентрацию позади себя.
Еще плотнее скопление частиц темной материи будет оказывать гравитационное воздействие на звезду, замедляя ее. Эффект динамического трения предложил более 70 лет назад лауреат Нобелевской премии астрофизик Субраманьян Чандрасекар, и ранее его не применяли к подобным системам.
В данном случае эффект позволил получить наиболее близкие к наблюдаемым значениям скорости замедления звезды-компаньона. Исследователи надеются применить такую модель к другим двойным системам. По мнению авторов работы, изучение подобных систем может предоставить больше информации, которая в будущем позволит разгадать тайну темной материи.
Авторы изложили подробное описание своего исследования в статье. опубликованной в журнале The Astrophysical Journal Letters.