Одной из современных проблем астрофизики остается неизвестная темная материя. Хотя она необходима для формирования галактик, природа темной материи остается загадкой, поскольку она почти не взаимодействует с частицами стандартной модели, и фиксируется только гравитационным воздействием в галактических масштабах. Новое исследование, опубликованное в Physical Review Letters, рассматривает влияние сверхлегкой темной материи на орбитальное сближение экстремального массового соотношения (EMRI). Такие системы состоят из сверхмассивной черной дыры и меньшего астрономического объекта, который может быть звездой или другой черной дырой. Исследование особенно актуально для будущих миссий, таких как LISA (Laser Interferometer Space Antenna), которая будет регистрировать гравитационные волны.
Особенности сверхлегкой темной материи
Сверхлегкая темная материя состоит из частиц очень малой массы. Эти частицы могут быть в 10²⁸ раз легче электрона, которые часто моделируют как скалярные бозоны без собственного спина. Это создает скалярное поле, равномерно заполняющее пространство, подобно тому, как температура распределяется в комнате. Два популярных варианта этой материи — нечеткая темная материя и бозонные облака.
Сверхлегкая темная материя имеет волновую природу, которая предотвращает образование плотных структур. На малых масштабах она может влиять на поведение галактик. Бозонные облака, в свою очередь, появляются вблизи вращающихся черных дыр, поглощая их энергию. Этот процесс, известный как сверхизлучение, не дает энергии черной дыры уменьшаться и способствует росту облака.
Влияние на гравитационные волны и результаты
Если сверхлегкая темная материя существует в системах EMRI, она будет менять характеристики гравитационных волн. Исследователи изучили два ключевых эффекта:
- Сверхлегкая темная материя может вызывать потери энергии из-за истощения скалярного поля, превышая потери от гравитационных волн, когда меньший объект находится на большом расстоянии от НМЧД.
- Для бозонных облаков потери энергии зависят от окружения, в котором находится черная дыра, что делает их влияние очень чувствительным к внешним условиям.
Исследование также выявило резонансное поведение гравитационных волн, которое нельзя объяснить в рамках ньютоновской физики, что подчеркивает важность релятивистских подходов.
Дальнейшие перспективы
Следующие шаги исследователей включают расширение модели для анализа эксцентричных орбит, которые, вероятно, встречаются в EMRI. Они также планируют применить свою теорию к активным галактическим ядрам, которые могут содержать большое количество темной материи. Это поможет понять ее роль в формировании космических структур и будет способствовать лучшему пониманию фундаментальных законов гравитации и строения Вселенной.
Ранее мы сообщали о том, как черные дыры ранней Вселенной способны подсвечивать невидимую темную материю.
По материалам phys.org
