Международная группа астрофизиков представила новую научную работу, в которой предлагается альтернативный метод поиска темной материи в космическом пространстве. Согласно разработанной ими модели, частицы темной материи способны располагаться вокруг двойных черных дыр, подобно тому, как электроны окружают два атома водорода в молекуле газа.
Возможность выявления темной материи кроется в сопоставлении теоретических и реальных характеристик гравитационных волн. Существующие модели не учитывают влияние темной материи, окружающей двойные черные дыры. В случае повышения чувствительности детекторов, как утверждают авторы публикации, можно будет обнаружить незначительные отклонения. Это связано с тем, что частицы темной материи, окружающие пару сингулярностей, неизбежно воздействуют на гравитационные волны.
Оригинальную гипотезу выдвинули астрофизики Таиши Икеда ( Taishi Ikeda), Лаура Бернард (Laura Bernard), Витор Кардосо (Vitor Cardoso) и Мигель Зильхао (Miguel Zilhao). Они трудятся в научно-исследовательских центрах Италии, Франции и Испании, и плоды их деятельности опубликован на портале arXiv.
В процессе исследования ученые рассмотрели аналогию между структурой молекулы водорода и двойными черными дырами. Ядро протия – наиболее распространенного изотопа, состоящее из одного протона H) субатомную частицу можно охарактеризовать всего тремя параметрами: массой, спином и зарядом. Это утверждение верно и для любой другой частицы, существующей в мире. Парадоксально, но и черную дыру с точки зрения физики описывают всего три фундаментальные характеристики. Они схожи между собой: имея информацию о ее массе, заряде и направлении вращения, можно определить все остальные возможные параметры этого таинственного объекта.
При анализе парных черных дыр авторы исследования обращают внимание на их подобие молекуле водорода. В такой системе присутствуют две сингулярности, которые можно рассматривать как ядра, происходящие из одного объекта, а также поле, окружающее их. Подобное поле, в виде электронов, наблюдается вокруг атомов водорода в газе, однако вокруг черных дыр пока не зафиксировано.
Новая модель предполагает, что, подобно газе, вокруг двух черных дыр с равной массой могут существовать поля частиц. Если эти поля действительно существуют, то они не проявляются ни в одном из диапазонов электромагнитного спектра, что позволяет предположить, что они являются компонентами темной материи. Следует отметить, что речь идет о скалярном поле, описывающем вероятные положения частицы. В молекуле водорода это электрон, который ограничен строго определенной областью вокруг двух протонов. Подобное, но гораздо более масштабное образование существует и вокруг двойных черных дыр.
Икеда, Бернард, Кардосо и Зильхао указывают на существенные ограничения их модели. Остается неясным, применимо ли она к системам черных дыр, характеризующимся разной массой сингулярностей. Также стоит отметить, что представленная работа является теоретической разработкой, несмотря на ее обоснованность. Авторы основывают свои рассуждения на известных сведениях о структуре Вселенной и черных дыр.
Даже при отсутствии инструментов, обеспечивающих требуемую точность, их усовершенствование — это всего лишь вопрос технологического прогресса. Существует вероятность, что в обозримом будущем первоначальная гипотеза о «гравитационной молекуле» будет либо опровергнута, либо подтверждена. В любом случае, это заслуживающий внимания подход к поиску темной материи, который может оказать значительное влияние на развитие астрофизики.