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 Физтехи разработали стохастический вариант метода Франк—Вульфа для моделирования равновесного распределения транспортных потоков. Особенность нового подхода — использование случайных фрагментов из большого массива данных — ускоряет вычисления, при этом в экспериментах метод показывает качество решения, сопоставимое с классическими алгоритмами.
Исследователи впервые подробно описали молекулярный «якорь», с помощью которого малярийный паразит проникает в клетки крови, и создали белок, блокирующий заражение. Оказалось, структура паразита сложнее и он активно перестраивает мембрану хозяина, чтобы проникнуть внутрь.
Наша планета имеет шансы уцелеть во время превращения Солнца в красного гиганта и избежать полного уничтожения в термоядерном пекле. Финальная судьба Земли определится хрупким балансом между гравитационным притяжением раздувающегося светила и потерей им своей массы, из-за которой хватка звезды ослабнет и позволит планете отодвинуться на более безопасную орбиту.
Американские ветеринары установили, что длина шага передних лап у пожилых собак отражает возрастные изменения в работе мозга. Когда у собак развивается деменция, шаги их передних лап становятся короче, причем эта связь не зависит от хронической боли в суставах.
Древнеримские инженеры проложили колоссальную сеть дорог через Европу, Северную Африку и Ближний Восток, многие участки которой до сих пор поражают безупречной прямолинейностью. Секрет строительства заключался в использовании трех особых геодезических инструментов, с помощью которых разбивали местность на ровные отрезки и размечали трассы.
Терраформировать Марс — то есть превратить в мир, где можно жить без защитных куполов — мечта человечества с того момента, как стало понятно, что это холодная планета с призрачной бескислородной атмосферой. Сейчас главный хедлайнер ее освоения — Илон Маск, компания SpaceX которого планирует первые полеты туда уже в 2028 году. Многие энтузиасты вспоминают слова Маска 14-летней давности: Красную планету надо лишь «подремонтировать», чтобы ходить без скафандра. Но между полетом и прогулками по городу-саду на Марсе лежит огромная пропасть. Пару лет назад Naked Science рассматривал положительный сценарий терраформирования. Пришло время подсчитать, сколько же лет и ресурсов потребуется.
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.
Вселенная может оказаться «замкнутой» глобальной структурой, где свет от далеких галактик способен возвращаться к наблюдателю с разных направлений. Именно такой сценарий не удалось исключить авторам нового масштабного обзора. Проверить его предсказания астрономы смогут уже в ближайшие годы.
Ученые впервые на молекулярном уровне доказали, что обычная вода одновременно состоит из двух разных жидких состояний — более плотного и менее плотного, которые непрерывно сменяют друг друга. Раз молекулярная «двойственность» действительно существует, это подтверждает спорную 30-летнюю гипотезу. Новое открытие поможет, наконец, объяснить десятки «странных» физических аномалий воды, включая ее расширение при замерзании и парадоксальное изменение вязкости под давлением.
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