Супер массивные черные дыры могут быть окружены скоплениями темной материи, предполагает новая техника "эхо-картирования"

Астрономы использовали технику, называемую эхомаппингом, чтобы обнаружить намеки на то, что супер массивные черные дыры, такие как космический титан в центре Млечного Пути, известный как Стрелец A* (Sgr A*), окружены плотными облаками и скоплениями темной материи. Это исследование может научить нас больше о этом загадочном веществе и о средах вокруг супер массивных черных дыр.

Темная материя — это самое загадочное вещество во Вселенной, превышающее обычную материю в космосе в соотношении пять к одному — но остающееся фактически невидимым, поскольку не взаимодействует с электромагнитным излучением, включая свет, который мы используем для зрения. Единственный способ, которым ученые могут даже предположить наличие темной материи, — это через ее взаимодействие с гравитацией и влияние, которое это взаимодействие оказывает на объекты, состоящие из обычной материи, такие как звезды. Например, гравитационное воздействие темной материи позволяет звездам на краях галактик вращаться с гораздо большими скоростями, чем это позволила бы видимая материя этих галактик.

Эта команда решила протестировать гравитационное влияние темной материи в центрах галактик, средах, доминируемых супер массивными черными дырами, которые могут иметь массы в миллионы или даже миллиарды раз больше массы Солнца. Обычная материя вокруг этих супер массивных черных дыр часто очень видима, особенно когда она спирально движется в пасть одной из этих космических титанов из сплюснутого облака, называемого аккреционным диском. Это происходит потому, что гравитационное влияние этих черных дыр генерирует огромные количества трения, заставляя их светиться ярко. Это не сработает для темной материи; она не может ощущать трение, потому что не взаимодействует сама с собой или с обычной материей, и не может светиться, потому что не поглощает и не испускает свет.

Очевидно, что темную материю нельзя обнаружить вокруг супер массивных черных дыр, даже используя самые современные телескопы, такие как Телескоп горизонта событий (EHT), который запечатлел светящиеся кольца материала вокруг Sgr A* и вокруг более удаленной супер массивной черной дыры, которая управляет сердцем галактики Мессье 87 (M87).

Обсуждая проблему обнаружения темной материи вокруг супер массивных черных дыр, Маяк Шарма, аспирант физики в Вирджинском политехническом институте и государственном университете (Virginia Tech), пришел к интересному решению.

"Мы действительно могли бы протестировать это предсказание, используя технику в астрономии, которая позволяет измерять расстояние до окружающего газа, ища эхо света," — сказал Шарма в заявлении. Техника, о которой говорит Шарма, называется "реверберационное картирование", и она стала надежным методом определения массы черных дыр.

Эхо темной материи

Реверберационное картирование основано на том факте, что, когда материя падает в черную дыру, она высвобождает всплеск энергии, который заставляет аккреционный диск, из которого она исходит, пульсировать. Этот всплеск света путешествует от аккреционного диска к газу в более широком окружении черной дыры. Этот газ поглощает этот свет и также пульсирует, причем этот вторичный всплеск служит эхом первого.

Поскольку мы знаем скорость света, когда астрономы видят первый всплеск света, а затем его эхо, они могут использовать время между всплесками, чтобы оценить расстояние между черной дырой и газом на окраинах ее окружения. Размер черной дыры и расстояние между ней и внешними газовыми облаками могут быть использованы для определения ее массы, а также могут быть использованы для определения массы темной материи, скопившейся вокруг нее.

Команда применила свой метод к 14 различным галактикам, обнаружив в пяти случаях, что масса увеличивается по мере удаления от центральной черной дыры таким образом, который нельзя объяснить только видимой материей. Несмотря на ранний успех этого исследования, это далеко не доказывает, что супер массивные черные дыры действительно являются местами сбора темной материи. Находки команды указывают на интересный путь вперед для исследования самого загадочного вещества во Вселенной и его самых загадочных регионов.

"Эти галактики определенно показывают намек на то, что есть дополнительный материал, который нельзя объяснить только супер массивной черной дырой," — сказал Шарма. "Перспективы захватывающие."

Исследование команды было опубликовано в журнале Physical Review D.