Найдены новые доказательства существования темной материи вокруг черных дыр

Темная материя не излучает и не отражает свет, поскольку никак не участвует в электромагнитном взаимодействии, что делает ее исключительно сложным объектом для обнаружения. Многие современные исследования направлены на поиски доказательств существования этой формы материи или методов, которые позволили бы ее обнаружить. И все, чем могут располагать ученые, — знание, что гипотетические частицы темной материи взаимодействуют друг с другом и другими частицами только гравитационно, и то, что этой невидимой материи примерно в пять раз больше, чем наблюдаемого нами вещества.

Тем не менее сегодня известно с десяток теоретических и наблюдательных доказательств существования темной материи. Хотя все они косвенные, каждое доказательство позволяет чуть больше узнать о свойствах и распространенности темной материи, а также приблизиться к пониманию ее природы и открытию составляющих ее частиц.

Очередное доказательство существования темной материи предложил дуэт астрофизиков из Университета образования Гонконга (КНР). Ученые выбрали в качестве объектов исследования две ближайшие рентгеновские двойные системы, состоящие из черной дыры звездной массы и звезды-компаньона — A0620-00 и XTE J1118+480. Системы, находящиеся в трех и шести тысячах световых лет от Солнца, активны и излучают в рентгеновском диапазоне при падении вещества звезды-компаньона на черную дыру.

Вращаясь вокруг своих черных дыр, звезды-компаньоны постепенно замедляются со скоростью примерно в одну-две миллисекунды в год, согласно наблюдениям астрономов. Однако стандартная теоретическая оценка дает значение на два порядка ниже, а именно — 0,02 миллисекунды в год. При этом учет возможного магнитного торможения или влияния приливных сил не предоставляет желаемого результата и тоже расходится с наблюдательными данными.

В новом исследовании авторы решили применить модель динамического трения к темной материи, чтобы попытаться объяснить такое расхождение теории с наблюдениями, а заодно выяснить, существуют ли всплески плотности темной материи вблизи черных дыр звездной массы. Суть модели заключается в том, что звезда, движущаяся в плотной среде из частиц темной материи, будет гравитационно притягивать их, создавая повышенную концентрацию частиц позади себя. 

Это еще более плотное скопление частиц темной материи, в свою очередь, будет оказывать коллективное гравитационное воздействие на звезду, замедляя ее. Эффект динамического трения был предложен более 70 лет назад лауреатом Нобелевской премии астрофизиком Субраманьяном Чандрасекаром и, на удивление авторов исследования, ранее его не применяли к подобным системам. 

Но именно в рассматриваемом случае этот эффект позволил получить наиболее близкие к наблюдаемым значениям скорости замедления звезды-компаньона. В дальнейшем исследователи надеются применить такую модель к другим двойным системам, которых только в нашей Галактике не менее 18 штук. По мнению авторов работы, изучение подобных систем может предоставить больше информации, которая в будущем позволит, наконец, разгадать тайну темной материи.

Подробное описание своего исследования авторы приводят в статье, опубликованной в журнале The Astrophysical Journal Letters.