Новая научная работа международной команды астрофизиков предлагает еще один способ обнаружения темной материи во Вселенной. Согласно этой модели, частицы могут находиться вокруг двойных черных дыр, как электроны вокруг двух атомов водорода в молекуле газа.
Компьютерная симуляция двух сливающихся черных дыр / ©NASA's Goddard Space Flight Center
А обнаружить темную материю можно будет по отличию между расчетными характеристиками гравитационных волн и фактически зафиксированными. Дело в том, что существующие модели не учитывают окружающую двойные черные дыры темную материю. Если авторы публикации правы, то при повышении чувствительности детекторов можно зафиксировать эти небольшие расхождения. Дело в том, что находящиеся вокруг пары сингулярностей частицы не могут не повлиять на гравитационные волны.
Оригинальную гипотезу сформулировали астрофизики Таиши Икеда (Taishi Ikeda), Лаура Бернард (Laura Bernard), Витор Кардосо (Vitor Cardoso) и Мигель Зильхао (Miguel Zilhao). Они работают в научно-исследовательских учреждениях Италии, Франции и Испании, а результат их трудов опубликован на портале arXiv.
В своей работе ученые обратились к сходству строения молекулы водорода и двойных черных дыр. Состоящее из одного протона ядро протия (самого распространенного изотопа H) можно описать всего тремя параметрами: массой, спином и зарядом. То же самое справедливо для любой субатомной частицы. Как ни парадоксально, с точки зрения физики у черной дыры также есть всего три фундаментальные характеристики. И они аналогичны: зная ее массу, заряд и направление вращения, можно рассчитать все возможные прочие параметры этого загадочного объекта.
Сравнивая черные дыры в парных системах, по мнению авторов описываемой работы, нельзя не отметить их сходство с молекулой водорода. Есть две сингулярности — ядра из одного просто описываемого объекта, — и есть поле вокруг них. Точнее, вокруг атомов водорода в газе такое поле есть (электроны), а вокруг черных дыр пока не обнаружено.
Новая модель подразумевает, что так же, как в газе, вокруг двух черных дыр эквивалентной массы могут быть поля частиц. Поскольку они никак не фиксируются ни в одном диапазоне электромагнитного спектра, если они существуют, то это темная материя. Отметим, что имеется в виду скалярное поле вероятных положений частицы. В молекуле водорода это электрон, который может находиться только в строго ограниченной области вокруг двух протонов. Аналогичная область существует вокруг двойных черных дыр, только в гораздо большем масштабе.
Икеда, Бернард, Кардосо и Зильхао отмечают, что их модель имеет серьезные ограничения. Пока не ясно, можно ли ее распространить на системы черных дыр, в которых сингулярности имеют различную массу. Кроме того, вся работа — пусть и обоснованное, но все же исключительно теоретическое построение. Аргументация авторов опирается на известные данные о строении Вселенной в целом и черных дыр в частности.
Несмотря на отсутствие инструментов необходимой точности, их совершенствование — лишь вопрос техники. Вполне возможно, что в ближайшие годы оригинальную гипотезу «гравитационной молекулы» опровергнут или подтвердят. В любом случае, это интересный взгляд на методы обнаружения темной материи, потенциально способный существенно продвинуть астрофизику вперед.
