D
Njihove nove kalkulacije otkrivaju da se parovi supermasivnih crnih rupa mogu spojiti u jednu veću crnu rupu zbog prethodno zanemarenog ponašanja čestica tamne tvari, predlažući rješenje dugotrajnog “problema posljednjeg parseka” u astronomiji.
Otkrivanje gravitacijskih valova
Godine 2023., astrofizičari su objavili otkriće “zujanja” gravitacijskih valova koje prožimaju svemir. Pretpostavili su da taj pozadinski signal potječe od milijuna spajajućih parova supermasivnih crnih rupa, od kojih je svaki milijardama puta masivniji od našeg Sunca.
Međutim, teorijske simulacije pokazale su da se, kako se parovi ovih ogromnih nebeskih objekata približavaju jedan drugome, njihov pristup zaustavlja na udaljenosti od otprilike jednog parseka – što je oko tri svjetlosne godine – čime se sprječava spajanje.
Ne samo da je ovaj “problem posljednjeg parseka” bio u sukobu s teorijom da su spajanja supermasivnih crnih rupa izvor pozadinskih gravitacijskih valova, već je bio i u neskladu s teorijom da supermasivne crne rupe rastu spajanjem manje masivnih crnih rupa.
Uloga tamne tvari
“Pokazujemo da uključivanje prethodno zanemarenog učinka tamne tvari može pomoći supermasivnim crnim rupama da prevladaju ovaj posljednji parsek razdvajanja i spoje se,” kaže suautor rada Gonzalo Alonso-Álvarez, postdoktorand na Odsjeku za fiziku Sveučilišta u Torontu i Odsjeku za fiziku i Trottier Space Institute na Sveučilištu McGill. “Naše kalkulacije objašnjavaju kako se to može dogoditi, za razliku od onoga što se prethodno mislilo.”
Suautori rada uključuju profesora Jamesa Clinea sa Sveučilišta McGill i CERN-ovog Odjela za teorijsku fiziku u Švicarskoj te Caitlyn Dewar, magistricu znanosti iz fizike na Sveučilištu McGill.
Modeli spajanja supermasivnih crnih rupa
Supermasivne crne rupe se smatraju da se nalaze u središtima većine galaksija, a kada se dvije galaksije sudare, ulaze u orbitu jedan oko drugoga. Kako se vrte jedan oko drugoga, gravitacijska sila obližnjih zvijezda ih povlači i usporava, zbog čega se supermasivne crne rupe spiralno približavaju spajanju.
Prethodni modeli spajanja pokazali su da kada se supermasivne crne rupe približe na otprilike jednog parseka, počinju interakciju s oblakom ili haloom tamne tvari u kojem su smješteni. Pokazalo se da gravitacija spiralnih supermasivnih crnih rupa izbacuje čestice tamne tvari iz sustava, a rezultirajuća rijetkost tamne tvari znači da energija nije povučena iz para te njihove međusobne orbite više ne smanjuju.
Dok su ti modeli odbacivali utjecaj tamne tvari na orbite supermasivnih crnih rupa, novi model od strane Alonso-Álvareza i njegovih kolega otkriva da čestice tamne tvari međusobno djeluju na način da nisu raspršene. Gustoća tamnog halo ostaje dovoljno visoka da interakcije između čestica i supermasivnih crnih rupa nastavljaju degradirati orbite supermasivnih crnih rupa, čime se otvara put ka spajanju.
“Mogućnost da čestice tamne tvari međusobno djeluju je pretpostavka koju smo napravili, dodatni sastojak koji nemaju svi modeli tamne tvari,” kaže Alonso-Álvarez. “Naš argument je da samo modeli s tim sastojkom mogu riješiti problem posljednjeg parseka.”
Gravitacijski valovi
Pozadinsko zujanje generirano ovim kolosalnim kozmičkim sudarima sastoji se od gravitacijskih valova mnogo duže valne duljine od onih koji su prvi put otkriveni 2015. od strane astrofizičara koji rade na Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO).
Ti gravitacijski valovi su nastali spajanjem dviju crnih rupa, svaka otprilike 30 puta veće mase od Sunca.
U posljednjih nekoliko godina, znanstvenici koji rade na Pulsar Timing Array otkrili su pozadinsko zujanje gravitacijskih valova. Ova mreža otkriva gravitacijske valove mjerenjem vrlo malih varijacija u signalima iz pulsara, brzo rotirajućih neutronskih zvijezda koje emitiraju snažne radijske pulseve.
“Predviđamo da bi spektar gravitacijskih valova koji se promatraju pomoću mreža za mjerenje pulsara trebao biti smanjen na niskim frekvencijama,” kaže Cline. “Trenutni podaci već nagovještavaju ovo ponašanje, a novi podaci bi ga mogli potvrditi u narednih nekoliko godina.”
Osim što pruža uvid u spajanja supermasivnih crnih rupa i pozadinski signal gravitacijskih valova, novi rezultat također pruža uvid u prirodu tamne tvari.
“Naš rad predstavlja novi način za bolje razumijevanje čestične prirode tamne tvari,” kaže Alonso-Álvarez. “Otkrili smo da je evolucija orbita crnih rupa vrlo osjetljiva na mikrofiziku tamne tvari, što znači da možemo koristiti opažanja spajanja supermasivnih crnih rupa kako bismo bolje razumjeli te čestice.”
Na primjer, istraživači su otkrili da interakcije između čestica tamne tvari koje su modelirali također objašnjavaju oblike galaktičkih halo tamne tvari.
“Otkrili smo da se problem posljednjeg parseka može riješiti samo ako čestice tamne tvari međusobno djeluju brzinom koja može promijeniti raspodjelu tamne tvari na galaktičkim skalama,” kaže Alonso-Álvarez. “To je bilo neočekivano, budući da su fizičke skale na kojima se procesi odvijaju tri ili više redova veličine udaljene. To je uzbudljivo.”
Pozdrav svima! Hvala što čitate Kozmos.hr! Ja sam Ivan i dugi niz godina pišem o svermiu, astronomiji, znanosti, povijesti i arheologiji, a imao sam priliku sudjelovati i u dokumentarcima Science Discovery-ja te History Channel-a.
