Решена одна из загадок астрономии

Космологи Университета Торонто и Университета Макгилла обнаружили связь между сверхмассивными черными дырами и частицами темной материи. Результаты исследования, опубликованные в журнале Physical Review Letters, способны решить проблему последнего парсека, которая является одной из нерешенных загадок астрономии.

Проблема последнего парсека заключается в том, что неизвестен механизм, который способствует быстрому слиянию сверхмассивных черных дыр, приблизившихся друг к другу на расстояние примерно один парсек (3,2 светового года). Согласно современным моделям, между черными дырами присутствует слишком мало вещества, чтобы оно могло быстро затормозить вращающиеся черные дыры за счет динамического трения и способствовать их столкновению. По оценкам, на это должно уйти слишком много времени, которое превышает текущий возраст Вселенной.

Тем не менее астрономы неоднократно фиксировали события слияния черных дыр благодаря изучению гравитационных волн. Предполагается, что именно столкновения черных дыр порождают пул гравитационных волн, пронизывающих Вселенную, обнаруженный в 2023 году. Кроме того, слияния черных дыр меньшей массы объясняют происхождение сверхмассивных черных дыр.

Одна из гипотез состоит в том, что столкновения происходят благодаря взаимодействию с темной материей. Чтобы проверить это предположение, ученые использовали модель самовзаимодействующей темной материи (SIDM). Частицы такой темной материи скапливаются вблизи тел высокой массы, в том числе в центрах галактик.

Широко используемая стандартная космологическая модель включает другой тип темной материи, частицы которой не взаимодействуют друг с другом. Из-за этого считалось, что черные дыры выбрасывает частицы темной материи из системы, и темная материя не вносит вклада в динамическое трение. В случае SIDM возникали достаточно плотные гало, которые тормозили черные дыры, обеспечивая слияние.

Модель продемонстрировала картину, похожую на наблюдаемую. Космический гравитационно-волновый фон характеризуется смягчением спектра на низких частотах, поскольку он возникает из-за слияния сверхмассивных черных дыр, порождающих гравитационные волны с большой длиной волны. Текущие данные гравитационно-волновой обсерваторией указывают именно на такую картину, и новые наблюдения могут подтвердить ее в ближайшие несколько нет.