Астрономія
Астрономія

Вчені запропонували механізм утворення надмасивних чорних дір з темної матерії

Астрономи проаналізували стабільність гало і ядра темної матерії у галактиках. Виявилося, що це ядро може колапсувати у надмасивну чорну діру. Відповідна стаття надрукована у виданні Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Симуляція гало темної матерії навколо Чумацького Шляху. Jürg Diemand, UCO/Lick, Project Columbia, NASA

Симуляція гало темної матерії навколо Чумацького Шляху. Jürg Diemand, UCO/Lick, Project Columbia, NASA

Що відомо про ядро темної матерії у галактиках?

Темна матерія не вступає у взаємодію з електромагнітним випромінюванням. Тобто, на відміну від звичайної матерії, вона не поглинає, не відбиває і не випромінює світло. Дослідники роблять висновок про її існування завдяки гравітаційним ефектам, які вона чинить на видиму речовину. Вважається, що галактики вбудовані у гало темної матерії. Астрономам невідомо, з яких саме типів частинок складається темна матерія: ферміонів чи бозонів. У випадку, якщо ці частинки є ферміонами, у центрах галактик можуть існувати компактні ядра темної матерії, які імітують надмасивні чорні діри. Проте лишається невідомим, чи можуть подібні системи гало-ядро взагалі формуватися та бути стабільними тривалий час.

Що досліджували вчені?

Дослідники провели моделювання та вивчили формування і динамічну рівновагу самогравітуючої системи ферміонів темної матерії. Зокрема, вони аналізували термодинамічну рівновагу для рішень із заданим числом частинок під час віріалізації, а потім вираховували час існування метастабільних станів системи. Такий підхід дозволив детально описати розсіяні гало темної матерії від самого центру до периферії систем.

Що показали результати?

Виявилося, що такі системи ядро-гало темної матерії стабільні та надзвичайно довговічні. Крім того, центри цих структур з часом можуть стати настільки сконцентонаними, що сколапсують у надмасивні чорні діри, як тільки буде досягнуто критичного порогу. Таке можливо для систем з масою, більшу за мільярд сонячних, і може відбутися вже у ранньому Всесвіті (починаючи зі значення червоного зсуву z = 10).

Дослідники вважають, що їхня робота може дати нові уявлення про утворення та еволюцію галактик. Зокрема, ядро темної матерії може сприяти формуванню надмасивних чорних дір ще на початкових етапах існування Всесвіту, або ж імітувати їхні ефекти, і тоді потреба в сингулярності взагалі відпадає.

Дізнатися більше дозволить наш матеріал «Що таке темна матерія і темна енергія?». Крім того, нещодавно вчені змоделювали гало темної матерії з найменшими масами та пояснили відсутність темної матерії у двох галактиках припливними силами.

віріалізації
Процес, завдяки якому система гравітаційно взаємодіючих частинок досягає стабільності
червоного зсуву
Випромінювання, створене віддаленими об’єктами, змінює довжину своїх хвиль внаслідок прискореного розширення Всесвіту. Таке явище отримало назву червоного зсуву. Чим більше його значення, тим далі у просторі та часі знаходиться об’єкт