Астрофизики разработали новую модель образования сверхмассивных черных дыр. По их мнению, образование происходит из слияния более мелких черных дыр, которое стимулируется взаимодействием темной материи внутри них.
Новое исследование предложило решение давней загадки о возникновении самых тяжёлых объектов во Вселенной — сверхмассивных чёрных дыр. В 2023 году астрофизики обнаружили фоновый шум — гул наногерцевых гравитационных волн, идущих со всех направлений, заполняющий космос. Предположили, что этот сигнал исходит от миллионов сливающихся пар чёрных дыр, каждая из которых в миллиарды раз массивнее Солнца.
Теоретические модели демонстрируют, что при приближении к центру галактики гигантские космические объекты останавливаются на расстоянии примерно в один парсек друг от друга. Это означает, что дистанция чуть больше трех световых лет препятствует слиянию объектов. Такой феномен назвали «проблемой последнего парсека».
Проблема не только в противоречии теории о том, что сливающиеся черные дыры являются источником гравитационного фона, но и в расхождении с теорией о росте сверхмассивных черных дыр за счет слияния менее массивных.
При сближении черные дыры замедляются, теряя импульс за счет гравитационных волн. Однако эти потери недостаточны, чтобы обеспечить скорость черных дыр, необходимую для их слияния.
Невидимая материя, образующая примерно 95 процентов материи во Вселенной, называется темной материей. Влияние её на видимую материю через гравитацию очевидно, хоть и не позволяет нам ее увидеть.
Новое исследование, опубликованное в журнале Physical Review LettersУчёные предложили решение этой загадки. До сих пор считалось, что частицы темной материи взаимодействуют только гравитационно. Авторы показали, что если допустить негравитационные взаимодействия между частицами темной материи, это позволит сверхмассивным чёрным дырам преодолеть разделяющий их участок и слиться.
Внутри данной модели гравитационное притяжение частиц темной материи препятствует их рассеянию вблизи пары сливающихся черных дыр. динамическое трениеВзаимодействие гравитации между частицами темной материи и сверхмассивными черными дырами может быть более продолжительным и действенным, чем считалось раньше. Если раньше предполагалось, что частицы темной материи, создавшие небольшое динамическое торможение для черной дыры, затем быстро улетают из ее окрестностей из-за дополнительного импульса от черной дыры, то в новой модели быстрый вынос темной материи не произойдет. Это позволяет гравитации между черными дырами и темной материей продолжать действовать, уменьшая импульс ЧД, и позволяя парам черных дыр сближаться до слияния. Открытие также объясняет происхождение фона наногерцевых гравитационных волн.
Астрофизики предположили, что спектр гравитационных волн, полученный при помощи пульсарных временных наблюдений, будет ослаблен на низких частотах.
Помимо решения проблемы последнего парсека, такой подход становится инструментом в изучении свойств самой темной материи. Движение сверхмассивных черных дыр чувствительно к свойствам темной материи, поэтому наблюдения за их слиянием помогут лучше понять природу этих загадочных частиц.
Исследователи уже установили, что моделируемое ими взаимодействие частиц темной материи также объяснимо формой галактического гало.
Новая модель решает проблему последнего парсека, объяснив природу сверхмассивных черных дыр, и проясняет природу темной материи — самого загадочного явления в современной Вселенной. Проблема новой гипотезы заключается в том, что если частицы темной материи взаимодействуют между собой, это должно проявляться в ряде наблюдаемых фактов. Пока таких признаков астрофизики обнаружить не смогли.
Как уже писалПомимо взглядов «Naked Science», существует иное мнение о наногерцовых гравитационных волнах. В 2021 году физик Николай Горькавый предположил, что Вселенная должна быть пронизана реликтовыми наногерцовыми гравитационными волнами. Источником этих волн не являются слияния обычных черных дыр, а слияние массы особо крупных черных дыр в момент коллапса прошлой Вселенной.