ЕРЕВАН, 2 авг — Sputnik. Астрофизики создали новую модель образования сверхмассивных черных дыр — они возникают из дыр поменьше, слияние которых возможно благодаря внутреннему взаимодействию темной материи.
В новом исследовании они предложили решение давней загадки о том, как образуются самые тяжеловесные объекты во Вселенной — сверхмассивные черные дыры. В 2023 году был обнаружен фоновый шум — гул наногерцевых гравитационных волн, приходящих со всех направлений, буквально заполняющий космос. Предположили, что сигнал исходит от миллионов сливающихся пар черных дыр, каждая из которых в миллиарды раз массивнее нашего Солнца.
Однако теоретические модели показали, что по мере того, как эти гигантские космические объекты сближаются по спирали, их движение останавливается на расстоянии около одного парсека друг от друга, то есть дистанция чуть более 3 световых лет препятствует слиянию. Этот феномен получил название "проблема последнего парсека".
Новое исследование, опубликованное в журнале Physical Review Letters, предложило решение этой загадки. До сих пор предполагалось, что частицы темной материи между собой никак не взаимодействуют (кроме как гравитационно). Авторы показали, что если допустить такие негравитационные взаимодействия частиц темной материи между собой (теоретически), то это поможет сверхмассивным черным дырам преодолеть последний парсек разделения и слиться.
Согласно такой модели само внутреннее взаимодействие частиц темной материи не дает им разлетаться из окрестностей пары сливающихся черных дыр. Поэтому так называемое динамическое трение (гравитационной природы) между частицами темной материи и сверхмассивными черными дырами должно длиться дольше и работать эффективнее, чем считалось ранее. Если ранее предполагалось, что частицы темной материи, давшие небольшое динамическое торможение черной дыре, затем быстро улетают из ее окрестностей за счет получения дополнительного импульса от черной дыры, то в новой модели быстрый вынос темной материи не происходит. Это позволяет гравитации между черными дырами и темной материей продолжать действовать, уменьшая импульс дыр и позволяя их парам продолжать сближаться вплоть до слияния. Открытие также объясняет происхождение фона наногерцевых гравитационных волн.
Астрофизики также предсказали, что спектр гравитационных волн, наблюдаемый с помощью пульсарных временных наблюдений (метода обнаружения гравитационных волн по пульсарам), должен быть смягчен на низких частотах. Это согласуется с уже существующими данными, и новые наблюдения могут подтвердить это в ближайшие годы.
Кроме решения проблемы последнего парсека, такой подход становится инструментом изучения свойств самой темной материи. Поскольку движение сверхмассивных черных дыр чувствительно к свойствам темной материи, наблюдения за их слиянием поможет лучше понять природу этих загадочных частиц.
Так исследователи уже обнаружили, что смоделированное ими взаимодействие между частицами темной материи также объясняет форму галактического гало (сферического образования, в которые погружена каждая галактика, состоящего в основном из темной материи).
Есть и другая точка зрения на наногерцевые гравитационные волны. В 2021 году физик Николай Горькавый спрогнозировал, что Вселенная должна быть пронизана реликтовыми наногерцевыми гравитационными волнами. Но порождены они не слиянием обычных черных дыр, а слиянием особо крупных черных дыр, причем в момент коллапса предыдущей Вселенной.