Sciencemag.cz
Doporučujeme
Nové výpočty vedou k závěru, že dvojice supermasivních černých děr mohou splynout do jediné větší černé díry kvůli dříve přehlíženému chování částic temné hmoty, a navrhují tak řešení „problému posledního parseku“.
V loňském roce astronomové objevili pozadí gravitačních vln, jehož původcem měly být fúze obřích černých děr s hmotnostmi v miliardách Sluncí.
Šum pozadí generovaný těmito gigantickými kosmickými srážkami je tvořen gravitačními vlnami mnohem delších vlnových délek, než jaké v roce 2015 poprvé detekovali astrofyzici provozující observatoř LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory). Tyto gravitační vlny vznikly při splynutí dvou mnohem menších černých děr, které měly obě hmotnost asi 30 Sluncí.
Viz také: Objevili gravitační vlny na pozadí (plus problém posledního parseku)
Teoretické simulace však ukázaly, že když se dvojice obřích černých děr k sobě po spirále přibližují, jejich přibližování se zastaví, když jsou od sebe vzdáleny zhruba jeden parsek (asi 3 světelné roky), což splynutí zabrání.
Problém posledního parseku byl nejen v rozporu s teorií, podle níž jsou splývající obří černé díry zdrojem gravitačního vlnového pozadí. Potíž spočívá také v tom, že obří černé díry v současném vesmíru téměř jistě vznikají splynutím těch méně hmotných. Nějak to jít musí.
„Ukázali jsme, že zahrnutí dříve přehlíženého efektu temné hmoty může pomoci supermasivním černým dírám překonat tento závěrečný parsek a spojit se,“ uvádí spoluautor nové studie Gonzalo Alonso-Álvarez (University of Toronto, McGill University). „Naše výpočty vysvětlují, jak k tomu může dojít – na rozdíl od toho, co se předpokládalo dříve.“
Obří černé díry se nacházejí v centrech většiny galaxií, a když se dvě galaxie srazí, dostanou se na oběžnou dráhu kolem sebe. Jak kolem sebe obíhají, gravitační síla blízkých hvězd je přitahuje a zpomaluje. V důsledku toho se stáčejí po spirále dovnitř směrem ke splynutí.
Předchozí modely tvrdily, že když se černé díry přiblíží na vzdálenost zhruba jednoho parseku, začnou interagovat s oblakem temné hmoty (halo), ve kterém jsou usazeny. Gravitace černých děr vyvrhuje částice temné hmoty pryč ze systému a výsledná řídkost temné hmoty znamená, že dvojici už temná hmota neodčerpává energii a vzdálenost černých děr už nebude klesat.
Nový model Alonso-Álvareze a jeho kolegů naproti tomu předpokládá, že částice temné hmoty na sebe vzájemně působí tak, že se nerozptylují. Hustota halo temné hmoty zůstává dostatečně vysoká, takže interakce mezi částicemi a černými děrami nadále degradují dráhy černých děr a ty se k sobě mohou dále přibližovat.
Nový model předpokládá, že částice temné hmoty spolu interagují. Čemuž zase vyhovují pouze některé modely temné hmoty. „Zjistili jsme, že vývoj oběžných drah černých děr je velmi citlivý na mikrofyziku temné hmoty, což znamená, že můžeme využít pozorování splynutí supermasivních černých děr k lepšímu pochopení těchto částic,“ uvádí dále G. Alonso-Álvarez.
Autoři nové studie dále tvrdí, že interakce mezi částicemi temné hmoty, které modelovali, vysvětlují také tvary galaktických halo temné hmoty.
Gonzalo Alonso-Álvarez et al, Self-Interacting Dark Matter Solves the Final Parsec Problem of Supermassive Black Hole Mergers, Physical Review Letters (2024). DOI: 10.1103/PhysRevLett.133.021401
Zdroj: University of Toronto / Phys.org, přeloženo / zkráceno
