Ciemna materia może pomóc rozwiązać problem czarnych dziur w Parseku Końcowym

Kiedy galaktyki zderzają się ze sobą, ich supermasywne czarne dziury rozpoczynają grawitacyjny taniec, stopniowo zbliżając się do siebie, aż w końcu… łączą się. Wiemy, że galaktyki łączą się, ponieważ widzimy powstałe w ten sposób grawitacyjne bestie i wykryliśmy fale grawitacyjne, które emitują podczas wdechu. Jednak szczegóły ich ostatecznego połączenia pozostają tajemnicą. Nowy artykuł sugeruje, że część tej tajemnicy można rozwiązać za pomocą odrobiny ciemnej materii.

Tak jak słynny problem trzech ciał nie ma ogólnego analitycznego rozwiązania dla grawitacji newtonowskiej, tak problem dwóch ciał nie ma ogólnego rozwiązania w ogólnej teorii względności. Musimy więc uciekać się do symulacji komputerowych, aby modelować, w jaki sposób czarne dziury krążą wokół siebie i ostatecznie łączą się. W przypadku binarnych czarnych dziur, które są stosunkowo daleko od siebie, nasze symulacje działają naprawdę dobrze, ale gdy czarne dziury są blisko siebie, sprawy się komplikują. Równania Einsteina są bardzo nieliniowe, a modelowanie dynamiki silnie oddziałujących czarnych dziur jest trudne.

W rezultacie symulacje, którymi dysponujemy, nie pokazują łączenia się czarnych dziur. Zamiast tego inspirują się, aż znajdą się około parseka od siebie, a następnie stabilizują się. Jest to znane jako problem ostatniego parseka. Jednym z pomysłów na rozwiązanie tego problemu jest wprowadzenie do mieszanki ciemnej materii. W końcu zimna ciemna materia jest niemal wszędzie zgodnie ze standardowym modelem kosmologicznym, więc prawdopodobnie odgrywa rolę w łączeniu się supermasywnych czarnych dziur. Jak dotąd wydaje się jednak, że zimna ciemna materia nie jest odpowiedzią. Symulacje z jej wykorzystaniem mają ten sam problem z końcowym parsekiem, co sama ogólna teoria względności.

W nowym badaniu zespół rozważa odmianę ciemnej materii znaną jako rozmyta ciemna materia. Jest ona podobna do standardowej zimnej ciemnej materii, z wyjątkiem tego, że składa się z cząstek skalarnych o niskiej masie. Ponieważ cząstki te nie oddziaływałyby ze sobą w żaden inny sposób niż grawitacyjnie, nie zlepiałyby się w taki sam sposób jak zwykła ciemna materia, a zatem miałyby bardziej “rozmyty” rozkład.

Rozmyta ciemna materia została po raz pierwszy zaproponowana w celu rozwiązania tak zwanego problemu guzków w galaktykach karłowatych, który jest słabym punktem ciemnej materii. Tutaj autorzy pokazują, że rozmyta ciemna materia może zwiększać tempo rozpadu orbitalnego czarnych dziur, w szczególności największych supermasywnych czarnych dziur. Mogłoby to wyjaśniać niektóre z potworów obserwowanych w sercu niektórych galaktyk eliptycznych.

Praca ta nie dowodzi jednak, że rozwiązaniem jest rozmyta ciemna materia. Szczegóły ostatniego etapu inspirowania czarnych dziur są nadal, powiedzmy, nieco rozmyte. Potrzeba będzie bezpośrednich obserwacji supermasywnych czarnych dziur, aby udowodnić lub wykluczyć ten pomysł. Na szczęście przyszłe obserwacje NANOGrav lub planowane obserwatorium fal grawitacyjnych LISA powinny być w stanie zaobserwować takie fuzje. Wtedy nasze zrozumienie tego, w jaki sposób łączą się największe czarne dziury w kosmosie, nie będzie już tak rozmyte.

______________________
Spodobał Ci się wpis ? To postaw kawę Postaw mi kawę na buycoffee.to


Zostań Patronem !

_______________________
Informacje bezpośrednio na Twoją skrzynkę mailową