Мистерията на „последния парсек“: частици тъмна материя контролират съдбата на галактиките

Ново проучване обяснява влиянието на тъмната материя.

Изследователите установиха връзка между някои от най-големите и най-малките обекти във Вселената: свръхмасивните черни дупки (SMBH) и частиците тъмна материя. Новите изчисления показват, че двойки свръхмасивни черни дупки могат да се слеят в една голяма черна дупка благодарение на поведението на частиците тъмна материя, което досега не е било вземано предвид. Това предлага решение на дългогодишния проблем с „последния парсек“ в астрономията.

През 2023 г. астрофизиците обявиха откриването на фоновото „ жужене“ на гравитационните вълни, пронизващи Вселената. Предполага се, че този сигнал идва от милиони сливащи се двойки свръхмасивни черни дупки, всяка от които е милиарди пъти по-масивна от нашето Слънце. Теоретичните модели обаче показват, че когато тези гигантски обекти се приближат един към друг на разстояние около един парсек (около три светлинни години), движението им се забавя, което им пречи да се слеят.

Този проблем с „последния парсек“ постави под въпрос теорията, че сливането на свръхмасивните черни дупки е източникът на фоновите гравитационни вълни, както и теорията, че свръхмасивните черни дупки растат чрез сливане на по-малко масивни черни дупки.

Новите изчисления показват, че тъмната материя помага на свръхмасивните черни дупки да преодолеят това последно разстояние и да се слеят. Моделите показват, че когато черните дупки се приближат до разстояние от около един парсек, те започват да взаимодействат с облака от тъмна материя, в който се намират. Гравитацията на черните дупки изхвърля частици тъмна материя от системата, което намалява плътността на тъмната материя и не позволява на черните дупки да продължат да се сливат.

Новият подход, предложен от учените, обаче показва, че частиците тъмна материя взаимодействат помежду си по такъв начин, че не се разсейват. По този начин плътността на ореола от тъмна материя се запазва висока, което позволява на взаимодействията между частиците тъмна материя и черните дупки да продължат да намаляват орбитите си, отваряйки пътя за сливане.

Това откритие хвърля светлина и върху природата на тъмната материя. Оказва се, че еволюцията на орбитите на черните дупки е много чувствителна към микрофизиката на тъмната материя, което ни позволява да използваме наблюденията на сливанията на свръхмасивните черни дупки, за да разберем по-добре тези частици.

Освен това тези взаимодействия между частиците на тъмната материя обясняват формата на галактическите халоси от тъмна материя. Установено е, че проблемът с последния парсек може да бъде решен само ако частиците на тъмната материя взаимодействат със скорост, която може да промени разпределението на тъмната материя в галактически мащаби.

Тези нови открития очертават перспективите за по-нататъшно разбиране на процесите, протичащи в космоса, и дават възможност за по-добро изследване на фундаменталните свойства на тъмната материя.