Черные дыры, особенно сверхмассивные в центрах галактик, представляют собой сосредоточие экстремальных условий, которые могут заставить невидимую темную материю проявить себя.
По данным нового исследования, опубликованного в журнале Physical Review Letters, черные дыры могут помочь в решении проблемы темной материи. Теневые области на изображениях черных дыр, полученных с использованием телескопа Event Horizon («Телескоп Горизонта Событий»), могут функционировать как сверхчувствительные детекторы невидимого вещества, составляющего основную часть материи во Вселенной.
Темная материя составляет около 85% всей материи во Вселенной, однако ученые до сих пор не понимают, из чего она состоит. В данном исследовании представлен новый метод обнаружения, основанный на визуализации черных дыр, обладающий рядом значительных преимуществ.
Телескоп горизонта событий (ТГС) предоставляет возможность изучать экстремальные условия вокруг сверхмассивных черных дыр (СМЧД) и расширять пределы известных физических законов. Исключительно высокая гравитация СМЧД делает их естественными концентраторами материи, создавая уникальную точку пересечения физики элементарных частиц, гравитации и астрофизических наблюдений.
Группа исследователей сосредоточилась на удивительной особенности изображений черных дыр: области тени, которые выглядят темными при наблюдениях ТГС за СМЧД M87* и Стрелец A*. Эти области пока считаются гипотетическими (на это указывают звездочки), но ученые практически не сомневаются в их существовании в центрах галактик M87 и нашего Млечного Пути.
Чтобы упростить достаточно сложные астрофизические и космологические объяснения авторов исследования, выделим главные идеи простым языком:
- Сверхмассивные черные дыры представляют собой объекты с наибольшей плотностью как барионной, так и, вероятно, темной материи;
- Огромная гравитация и другие виды взаимодействия в СМЧД заставляют частицы менять привычные «повадки»;
- Возможно, частицы темной материи, попадая за горизонт событий СМЧД, аннигилируют или взаимодействуют с элементами барионной материи;
- Все это отражается в морфологии СМЧД, в частности в яркости ее аккреционного диска и джетов, запечатлеваемых Телескопом горизонта событий.
Теперь остается только активировать алгоритм глубокого моделирования, прописать возможные сценарии развития и представить научному сообществу сигналы, указывающие на темную материю на полученных изображениях.
Космическая фотолаборатория
Телескоп Event Horizon представляет собой глобальную сеть радиотелескопов, которые работают совместно, чтобы достичь уровня разрешения, сопоставимого с размером Земли, используя интерферометрию со сверхдлинными базами. Работая на частоте 230 ГГц, телескоп фиксирует синхротронное излучение, возникающее, когда электроны движутся по спирали вдоль линий сильного магнитного поля вблизи сверхмассивных черных дыр. Для интерпретации увиденного астрофизики проводят сложные компьютерные симуляции. Одной из таких моделей стала модель магнитосвязанного диска (магнитно арестованный диск, MAD).