Астрономи от Китай са изследвали подробно двете най-близки двоични системи, съдържащи звезда и черна дупка със звездна маса, и са открили нови косвени доказателства за съществуването на плътна тъмна материя близо до техните черни дупки. Приложеният от авторите модел на динамично триене позволил също така да се обясни поведението на звездите компаньони много по-добре от всяка друга теория, която не отчита тъмната материя.
Тъмната материя не излъчва и не отразява светлина, тъй като не участва в електромагнитно взаимодействие, което я прави изключително трудна за откриване. Много съвременни изследвания са насочени към търсене на доказателства за съществуването на тази форма на материя или методи, които биха позволили тя да бъде открита. И всичко, с което могат да разполагат учените, е знанието, че хипотетичните частици тъмна материя взаимодействат помежду си и с други частици само гравитационно и че тази невидима материя е около пет пъти повече от наблюдаваното от нас вещество.
Тъмната материя може да се крие в сърцето на древни черни дупки
Въпреки това днес знаем за дузина теоретични и наблюдателни доказателства за съществуването на тъмна материя. Макар че всички те са косвени, всяко доказателство ни позволява да научим малко повече за свойствата и разпространението на тъмната материя, както и да се доближим до разбирането на нейната природа и откриването на съставните ѝ частици.
Поредното доказателство за съществуването на тъмна материя беше предложено от двама астрофизици от Хонконгския образователен университет (КНР). Учените избрали като обекти на изследване двете най-близки рентгенови двойни системи, състоящи се от черна дупка със звездна маса и придружаваща звезда – A0620-00 и XTE J1118+480. Системите, разположени на три и шест хиляди светлинни години от Слънцето, са активни и излъчват в рентгеновия диапазон при падането на вещество от звездата компаньон върху черната дупка.
Кой създаде тъмната материя и тъмната енергия?
Докато обикалят около своите черни дупки, звездите компаньони постепенно се забавят със скорост от около една до две милисекунди на година според наблюденията на астрономите. Но стандартната теоретична оценка дава стойност на два порядъка по-ниска, а именно 0,02 милисекунди на година. В същото време отчитането на възможното магнитно забавяне или влиянието на приливните сили не дава желания резултат и също не е в съответствие с данните от наблюденията.
В новото изследване авторите решили да приложат модел на динамично триене към тъмната материя, за да се опитат да обяснят това несъответствие между теорията и наблюденията и в същото време да изяснят дали има изблици на плътност на тъмна материя близо до черните дупки със звездна маса. Същността на модела се заключава в това, че звезда, движеща се в плътна среда от частици тъмна материя, ще ги привлича гравитационно, създавайки повишена концентрация на частици зад себе си.
Астрономи претеглиха Млечния път и откриха, че липсват огромни количества материя
Това още по-плътно струпване на частици тъмна материя от своя страна ще оказва гравитационно въздействие върху звездата, като я забавя. Ефектът на динамичното триене е предложен преди повече от 70 години от лауреата на Нобелова награда астрофизика Субраманиан Чандрасекар и за изненада на авторите на изследването по-рано той не е прилаган към подобни системи.
Но именно в разглеждания случай този ефект позволил да се получат най-близките до наблюдаваните стойности на скоростта на забавяне на звездата компаньон. В бъдеще изследователите се надяват да приложат този модел към други двоични системи, от които има поне 18 само в нашата Галактика. Според авторите на работата изучаването на такива системи може да даде повече информация, която в бъдеще ще позволи окончателно разкриване на тайната на тъмната материя.
Авторите дават подробно описание на своето изследване в статия, публикувана в The Astrophysical Journal Letters.
