Ультралегкая темная материя объяснила образование сверхмассивных черных дыр в ранней Вселенной
Астрофизики предложили новый механизм формирования сверхмассивных черных дыр в первые эпохи существования Вселенной. Ключевую роль в этом процессе сыграла ультралегкая темная материя, которая генерировала ультрафиолетовое излучение, необходимое для коллапса газовых облаков.
Сверхмассивные черные дыры массой в миллиарды солнечных существовали уже через несколько сотен миллионов лет после Большого взрыва. Их происхождение остается загадкой: классические сценарии формирования через коллапс звезд или слияния объектов требуют времени, которого не было в ранней Вселенной.
Одна из гипотез — прямое коллапсирование гигантских облаков атомарного газа без образования звезд. Однако для этого было необходимо мощное ультрафиолетовое излучение, которое подавляло бы охлаждение газа молекулярным водородом и предотвращало фрагментацию облака. До сих пор источник такого излучения в «темные века» Вселенной — до появления первых звезд — оставался неизвестным.
Группа астрофизиков из Корнеллского университета выдвинула гипотезу, как ультралегкая темная материя могла стать источником ультрафиолетовых фотонов, необходимых для прямого коллапса. Препринт исследования опубликован на сайте arXiv.org. Ученые основывались на предположении, что темная материя состоит из аксионов — гипотетических частиц с крайне малой массой менее 10 в −20 степени электронвольт. Эти частицы взаимодействуют с электромагнитным полем через топологическое взаимодействие, известное как инвариант Черна — Саймонса.
В темных гало — сгустках темной материи — колебания аксионного поля вызывают параметрический резонанс инфракрасных фотонов. Энергия от аксионного поля передается фотонам, что приводит к их каскадному переходу в ультрафиолетовый диапазон. Расчеты показали: при определенных условиях такой процесс генерирует достаточно УФ-излучения для подавления образования молекулярного водорода в газовых облаках.
Ключевым параметром стала сила связи аксионов с фотонами. Для эффективного резонанса необходимо, чтобы этот параметр превышал 10 в −10 степени гигаэлектронвольт в степени −1. Моделирование подтвердило, что даже при таких малых значениях этой связи за 100 000 лет в гало массой миллион солнечных масс накапливается достаточно энергии для запуска коллапса.
Исследователи выявили, что параметрический резонанс в аксионных гало генерирует ультрафиолетовые фотоны с энергией от 0,76 до 13,6 электронвольта — именно такой диапазон критически важен для разрушения молекулярного водорода. Для успешного коллапса газового облака концентрация темной материи в гало должна была в 200 раз превышать фоновую плотность Вселенной, а доля энергии, преобразованной в излучение, была не менее одного процента.
Эти условия позволили бы подавить охлаждение газа и предотвратить его фрагментацию. Предложенный механизм согласуется со стандартной космологической моделью и дополняет сценарии с участием космических струн — гипотетических дефектов пространства-времени. Струны, согласно расчетам, могут ускорять формирование плотных гало, усиливая эффект резонанса.
Открытие предлагает решение одной из главных загадок ранней Вселенной — происхождения сверхмассивных черных дыр. Если гипотеза подтвердится, это не только объяснит природу этих объектов, но и станет косвенным доказательством существования ультралегкой темной материи.
Однако стоит учитывать, что в научном сообществе до сих пор нет консенсуса о природе темной материи. Ряд исследователей сомневаются в ее частицеподобной структуре, предлагая альтернативные объяснения через модификации законов гравитации.
В связи с этим выводы новой научной работы, основанные на аксионной модели, требуют дополнительной проверки и пока остаются гипотетическими. Дальнейшие исследования направлены на поиск следов аксионного излучения в данных радиотелескопов и моделирование процессов каскадного перехода фотонов в различных типах гало.
Telegram 
Дзен 
VK Сам факт того, что после распада Западной Римской империи возникали новые государства, историкам известен давно. Нет сомнений в существовании королевств готов, франков, лангобардов и других постримских политических образований. Авторы нового исследования сосредоточились на более сложном вопросе. Они попытались выяснить, как именно происходило формирование таких обществ на уровне отдельных людей, семей и общин. Впервые благодаря сочетанию генетических и археологических данных исследователи смогли реконструировать развитие одного постримского политического общества, которое располагалось на территории Паннонии.
Физикам долго не удавалось применить фазовый контраст в электронной микроскопии. Оказалось, что нужно было прекратить искать подходящее вещество для фазовой пластины и обратить внимание на лазеры.
Ученые впервые объединили головной мозг и аналог спинного мозга плодовой мушки в общую трехмерную карту. Результаты показали, как голова и тело обмениваются сигналами. Анализ сети помог выявить распределенную систему контроля: базовыми движениями насекомого руководили местные группы нейронов, тогда как мозг играл лишь роль координатора.
Сам факт того, что после распада Западной Римской империи возникали новые государства, историкам известен давно. Нет сомнений в существовании королевств готов, франков, лангобардов и других постримских политических образований. Авторы нового исследования сосредоточились на более сложном вопросе. Они попытались выяснить, как именно происходило формирование таких обществ на уровне отдельных людей, семей и общин. Впервые благодаря сочетанию генетических и археологических данных исследователи смогли реконструировать развитие одного постримского политического общества, которое располагалось на территории Паннонии.
Физикам долго не удавалось применить фазовый контраст в электронной микроскопии. Оказалось, что нужно было прекратить искать подходящее вещество для фазовой пластины и обратить внимание на лазеры.
Исследователи НИУ ВШЭ и МГУ доказали универсальный закон, описывающий время исчезновения популяций в случайной среде. Анализ эволюции ветвящихся процессов — сложных вероятностных систем — показал, что вне зависимости от изначального числа особей процесс вымирания подчиняется строгим математическим закономерностям.
Хотя длительность помех не превышала десяти секунд, это первый известный случай такого рода. Обычно спутникам не хватает мощности для создания радиосигналов той силы, что нужна для подобных помех.
В высокогорных районах Гималаев появился новый хищник. Он не боится людей, возглавляет стаи собак и все чаще заходит в деревни. Местные жители называют его «кхипшанг». Речь идет о гибриде гималайского волка и бродячей собаки. Ученые опасаются, что этот зверь изменит хрупкий баланс местной дикой природы и в скором времени станет весьма опасным для человека.
В доколумбовых Андах принадлежность к правящему роду определяла доступ к земле, торговле и статусу, поэтому удержать все внутри семьи было вопросом выживания. Ученые выяснили, что элиты долины Чинча решали эту задачу самым прямым способом — заключая браки между родственниками на протяжении как минимум двух поколений.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно
Последние комментарии