Când galaxiile se ciocnesc, găurile lor negre supermasive intră într-un dans gravitațional, orbitând treptat mai aproape una de cealaltă până când în cele din urmă fuzionează. Știm că se unesc pentru că vedem monștrii gravitaționali rezultați și am detectat undele gravitaționale pe care le emit pe măsură ce inspiră. Dar detaliile finalizării lor finale rămân un mister. Acum, o nouă lucrare sugerează că o parte a acestui puzzle poate fi rezolvată folosind puțină materie întunecată.
Așa cum celebra problemă cu trei corpuri nu are o soluție analitică generală pentru gravitația newtoniană, problema cu două corpuri nu are o soluție generală în relativitatea generală. Așa că trebuie să apelăm la simulări pe computer pentru a modela modul în care găurile negre orbitează unele pe altele și, în cele din urmă, se îmbină. Pentru găurile negre binare relativ larg separate, simulările noastre funcționează foarte bine, dar când găurile negre sunt apropiate, lucrurile se complică. Ecuațiile lui Einstein sunt foarte neliniare, iar modelarea dinamicii găurilor negre care interacționează puternic este dificilă.
Drept urmare, simulările noastre nu arată fuziuni ale găurilor negre. În schimb, se răsucesc până când sunt la un parsec una de alta, apoi se stabilizează. Aceasta este cunoscută drept problema finală de parsec. O idee pentru a rezolva problema este introducerea materiei întunecate în amestec. La urma urmei, materia întunecată rece este aproape peste tot conform modelului cosmologic standard, așa că probabil joacă un rol în fuziunea găurilor negre supermasive. Dar până acum se pare că materia întunecată rece nu este răspunsul. Simularea pe care o utilizați are aceeași problemă finală de parsec ca și relativitatea generală.
În acest nou studiu, echipa ia în considerare variația materiei întunecate cunoscută sub numele de Materie întunecată misterioasă. Este similar cu materia întunecată rece standard, cu excepția faptului că este format din particule scalare de masă mică. Deoarece aceste particule nu ar interacționa între ele cu nimic altceva decât gravitația, ele nu s-ar aglomera în același mod ca materia întunecată obișnuită și, astfel, au o distribuție mai „neclară”.
Materia întunecată misterioasă a fost propusă pentru a procesa ceea ce este cunoscut ca Problemă cu cuspid Galaxiile pitice, un punct slab pentru materia întunecată. Aici, cercetătorii arată că materia întunecată misterioasă poate crește rata de dezintegrare orbitală a găurilor negre, în special a celor mai mari găuri negre supermasive. Ar putea explica unii dintre monștrii pe care i-am observat la nucleele unor galaxii eliptice.
Dar lucrarea nu dovedește că materia întunecată misterioasă este răspunsul. Detaliile fazei finale a găurilor negre în spirală sunt încă puțin misterioase. Va fi nevoie de observații directe ale găurilor negre supermasive pentru a dovedi sau exclude ideea. Din fericire, viitoarele observații NANOGrav, sau cele ale observatorului de unde gravitaționale LISA planificat, ar trebui să poată vedea astfel de fuziuni. Prin urmare, înțelegerea noastră a modului în care cele mai mari găuri negre din univers se îmbină nu va fi în întregime misterioasă.
referinţă: Ko, Hyunmoo și colab. „Problema finală de parsec a fuziunii unei găuri negre și a materiei întunecate ușoare„. arXiv preprint arXiv:2311.03412 (2023).
„Organizator. Scriitor general. Prieten al animalelor de pretutindeni. Specialist în cultură pop. Expert în internet amator. Explorator.”