Физик из России обнаружил, что модели гало темной материи не соответствуют свойствам пространства-времени
Распространенные модели черных дыр в гало темной материи могут описывать не те профили плотности, которые им приписывают. Причина связана с использованием ньютоновских принципов в области сильной гравитации. Новые расчеты показывают, что в таких моделях может возникать совсем другая среда.
Несмотря на то, что плотность темной материи точно неизвестна, модели позволяют рассчитывать тени черных дыр, гравитационное линзирование, аккрецию и характерные колебания. Однако такие предположения не всегда проходят проверку по уравнениям Эйнштейна.
Сергей Болохов, кандидат физико-математических наук, доцент РУДН, показал, что распространенный способ построения таких моделей в ряде случаев приводит к другой физической системе: полученная геометрия пространства-времени соответствует не заявленному гало, а веществу с иными плотностью и давлением. Ученый опубликовал результаты исследования в журнале The European Physical Journal C.
Одна из причин связана с использованием ньютоновской зависимости между массой и скоростью кругового движения. В условиях слабого гравитационного поля такое приближение работает хорошо, но вблизи горизонта событий оно перестает верно описывать свойства пространства.
Дополнительно в ряде моделей две функции, задающие характеристики пространства-времени, принимали равными друг другу (упрощение g(r) = f(r), используемое в расчетах). Если подставлять такие переменные в уравнения Эйнштейна, то получается, что в условиях исследований должно рассматриваться вещество с отрицательным радиальным давлением. При этом обычно темную материю рассматривают как вещество с очень небольшим давлением по сравнению с плотностью энергии. Таким образом, ряд астрофизиков в своих работах берут в качестве условий одни показатели, но строят модель черной дыры с совершенно другими.
Особенно наглядно несогласованность проявляется для профиля Наварро — Френка — Уайта (NFW), одного из наиболее распространенных описаний гало темной материи. Если полученную для такого гало метрику подставить обратно в уравнения Эйнштейна, рассчитанная плотность вещества уже не совпадает с исходным NFW-профилем. Иными словами, она не описывает ту физическую систему, которая заявлялась изначально.
Аналогичная проблема относится к ряду других профилей, включая Burkert, Einasto и т.д. Корректное моделирование требует обратной проверки, которую в своем исследовании провел физик. Итоговая геометрия должна через уравнения Эйнштейна воспроизводить именно тот профиль плотности и те свойства вещества, которые были заданы изначально. Представленные в работе согласованные решения могут использоваться как основа для дальнейших расчетов теней черных дыр, линзирования и их колебательных характеристик.
Черные дыры в галактиках не находятся в полной изоляции: они окружены большими протяженными облаками темной материи — гало. Для описания их свойств используют различные профили плотности — NFW, Burkert, Einasto, Dehnen и т.д.
Telegram 
Дзен 
VK 
