Загадка «финального парсека»: частицы тёмной материи управляют судьбой галактик

Исследователи выявили связь между одними из самых больших и самых маленьких объектов во Вселенной: сверхмассивными черными дырами ( СМЧД ) и частицами темной материи. Новые расчеты показывают, что пары сверхмассивных черных дыр могут сливаться в одну большую черную дыру благодаря поведению частиц темной материи, которое ранее не учитывалось. Это предлагает решение давно существующей проблемы «финального парсека» в астрономии.

В 2023 году астрофизики объявили о выявлении фонового «гудения» гравитационных волн, пронизывающего Вселенную. Предполагается, что этот сигнал исходит от миллионов сливающихся пар сверхмассивных черных дыр, каждая из которых в миллиарды раз массивнее нашего Солнца. Однако теоретические модели показали, что когда эти гигантские объекты приближаются друг к другу на расстояние примерно одного парсека (около трех световых лет), их движение затормаживается, что препятствует их слиянию.

Эта проблема «финального парсека» ставила под сомнение теорию о том, что слияние сверхмассивных черных дыр является источником фоновых гравитационных волн, а также теорию о росте сверхмассивных черных дыр через слияние менее массивных черных дыр.

Новые расчеты показывают , что темная материя помогает сверхмассивным черным дырам преодолеть это финальное расстояние и сливаться. Модели показали, что при приближении черных дыр на расстояние около одного парсека они начинают взаимодействовать с облаком темной материи, в котором находятся. Гравитация черных дыр выбрасывает частицы темной материи из системы, что уменьшает плотность темной материи и не позволяет черным дырам продолжать сближаться.

Однако новый подход, предложенный учеными, показал, что частицы темной материи взаимодействуют друг с другом таким образом, что они не рассеиваются. Это сохраняет высокую плотность гало темной материи, что позволяет взаимодействиям между частицами темной материи и черными дырами продолжать уменьшать их орбиты, открывая путь к слиянию.

Это открытие также проливает свет на природу темной материи. Выяснилось, что эволюция орбит черных дыр очень чувствительна к микрофизике темной материи, что позволяет использовать наблюдения за слияниями сверхмассивных черных дыр для лучшего понимания этих частиц.

Кроме того, эти взаимодействия частиц темной материи объясняют форму галактических гало темной материи. Было обнаружено, что проблема финального парсека может быть решена только в том случае, если частицы темной материи взаимодействуют с такой скоростью, которая может изменить распределение темной материи на галактических масштабах.

Эти новые данные открывают перспективы для дальнейшего понимания процессов, происходящих в космосе, и дают возможность лучше изучить фундаментальные свойства темной материи.