Темная материя может состоять из первичных черных дыр, считают ученые

Астрономы, изучающие движение галактик и особенности реликтового излучения, в последнем столетии пришли к выводу о том, что большая часть материи во Вселенной является невидимой. Примерно 84 процента материи космоса представляет собой темную материю, большая часть которой сосредоточена в гало, окружающих галактики. Она получила название «темная материя», поскольку не излучает свет, однако этим ее таинственность не исчерпывается – темная материя также не состоит из атомов или их компонентов, таких как электроны и протоны. Одна из версий происхождения темной материи связывает ее с первичными черными дырами, гипотетическими объектами, возникшими в ранней Вселенной в результате стремительно развивающихся процессов, таких как космическая инфляция или прямой коллапс первичного газа. В новой работе астрономы во главе с Киронгом Чжу (Qirong Zhu) из Гарвард-Смитсоновского астрофизического центра, США, попытались проверить эту гипотезу, используя в качестве критерия проверки распределение плотности в гало галактик. Согласно команде Чжу, в том случае если гало галактик состоят из первичных черных дыр, распределение плотности в них будет отличаться от распределения плотности в гало галактик, состоящих из экзотических частиц.

Исследователи считают, что в качестве объектов таких наблюдений следует выбирать тусклые карликовые галактик, поскольку для них эти эффекты изменения распределения плотности будут выражены в наибольшей степени. Чжу и его команда в своей работе провели сеанс компьютерного моделирования, чтобы проверить, могут ли карликовые галактики помочь обнаружить присутствие первичных черных дыр – и пришли к утвердительному выводу. Согласно авторам взаимодействия между звездами и первичными черными дырами гало галактик могут слегка изменить распределение звезд в них.

Гравитационные волны, формируемые черными дырами в центрах галактик

Гравитационные волны могут формироваться в центрах галактик, сообщается в новом исследовании, проведенном группой ученых под руководством Джозефа Фернандеса (Joseph Fernandez) из Ливерпульского университета имени Джона Мурса, Великобритания. Гравитационные волны представляют собой мелкую рябь пространства-времени, распространяющуюся по Вселенной. Когда во Вселенной сталкиваются два массивных объекта, таких как черные дыры или нейтронные звезды, происходит формирование гравитационных волн, расходящихся в стороны от места столкновения. Этот феномен был предсказан Альбертом Эйнштейном в 1915 г. Амплитуда этих изменений согласно прогнозам должна была быть настолько крохотной, что Эйнштейн даже не рассчитывал обнаружить гравитационные волны. Однако в 2015 г., спустя сто лет после того, как был сделан этот прогноз, ученые впервые смогли наблюдать гравитационные волны напрямую. Обнаруженные гравитационные волны исходили со стороны пары черных дыр звездных масс (примерно по 30 масс Солнца каждая), которые упали друг на друга и в конечном счете объединились.

С того времени ученые обнаружили еще 4 события слияния черных дыр, однако наука до сих пор не приблизилась к пониманию механизмов, заставляющих черные дыры сближаться настолько, что становится возможным формирование гравитационных волн.

В новой работе команда Фернандеса показывает, что сверхмассивная черная дыра (СМЧД), лежащая в центре галактики, может изменить орбиты компонент двойной звездной системы так, что окажется возможным приведение компонент системы в очень тесный контакт, и продолжительность их обращения друг относительно друга перед слиянием будет в 100 раз ниже, чем в отсутствие такого искажения орбит со стороны СМЧД. Этого может оказаться достаточно, чтобы двойная система успела за время существования нашей Вселенной достичь фазы слияния компонент, считают Фернандес и его коллеги.

Исследование было представлено 3 апреля на Европейской неделе астрономии и наук о космосе, проходившей в Ливерпуле, Великобритания.

В центре Млечного пути лежат тысячи черных дыр, выяснили ученые

Команда астрофизиков открыла несколько сотен черных дыр, концентрирующихся вокруг сверхмассивной черной дыры (СМЧД) Млечного пути Стрелец А*. В течение более чем двух десятилетий исследователи искали доказательства в пользу гипотезы, согласно которой тысячи черных дыр звездных размеров окружают сверхмассивную черную дыру, лежащую в центре крупной галактики. «Нам известно о существовании всего лишь пяти десятков черных дыр во всей Галактике – и в то же время мы предполагаем наличие от 10000 до 20000 этих объектов в границах области размером 6 световых лет, которые, однако, до сих пор так и не были никем обнаружены», - рассказал главный автор нового исследования Чак Хейли (Chuck Hailey) из Колумбийского университета, США. Ученым известно, что СМЧД Млечного пути окружена плотным гало из газа и пыли, в котором с высокой вероятностью могут формироваться черные дыры. Изолированную черную дыру во Вселенной увидеть практически невозможно, поэтому команда Хейли в своей работе наблюдала двойные системы, состоящие из черной дыры и звезды небольшой массы.

 В таких системах происходят несильные, но различимые рентгеновские вспышки, которые регистрируются космической рентгеновской обсерваторией НАСА Chandra («Чандра»). Зная отношение общего числа черных дыр к числу черных дыр, входящих в состав двойных систем со звездами небольших масс, можно на основании этих данных рассчитать общее предполагаемое число черных дыр, указывают Хейли и его соавторы.

Проведя такой анализ, исследователи обнаружили примерно 500 двойных систем, включающих черную дыру и звезду небольшой массы, а рассчитанное на основании этих данных общее число черных дыр в окрестностях СМЧД Стрелец А* составило примерно 10000.