A sötét anyag segíthet megérteni a fekete lyukak rejtélyét

Amikor galaxisok ütköznek, a bennük lévő szupermasszív fekete lyukak gravitációs táncba kezdenek, egyre közelebb kerülve egymáshoz, míg végül összeolvadnak. Azt már tudjuk, hogy összeolvadnak, mert látjuk az így keletkező gravitációs szörnyetegeket, és kimutattuk az általuk kibocsátott gravitációs hullámokat.

Végső beteljesedésük részleteit azonban továbbra is homály fedi. Egy új tanulmány szerint a rejtély egy része megoldható a sötét anyag segítségével, írja a Universe Today.

Ahogy a híres háromtest-problémának nincs általános analitikus megoldása a newtoni gravitációra, úgy a kéttest-problémának sincs megoldása az általános relativitáselméletben. Ezért számítógépes szimulációkhoz kell folyamodnunk, hogy modellezzük, hogyan keringenek egymás körül a fekete lyukak, és végül hogyan olvadnak össze.

A viszonylag távol egymástól lévő kettős fekete lyukak esetében a szimulációk nagyon jól működnek, de furcsa mód megnehezíti a dolgokat az, amikor a fekete lyukak közel vannak egymáshoz. Einstein egyenletei nemlineárisak, az erősen kölcsönhatásban lévő fekete lyukak dinamikájának modellezése pedig nehéz.

Ennek eredményeként a rendelkezésünkre álló szimulációk nem mutatják a fekete lyukak összeolvadását. Ehelyett addig forognak, amíg körülbelül egy parszeknyi (kb. 3,26 fényév) távolságra nem kerülnek egymástól, majd stabilizálódnak. Ezt nevezik az utolsó parszek problémájának. A probléma megoldásának egyik ötlete az, hogy sötét anyagot alkalmazunk.

Nem egyszerű fekete lyukakkal dolgozni, de a sötét anyag segíthet

A standard kozmológiai modell szerint ugyanis a hideg sötét anyag szinte mindenhol jelen van, így valószínűleg szerepet játszik a szupermasszív fekete lyukak összeolvadásában. Egyelőre azonban úgy tűnik, hogy a hideg sötét anyag nem jelent megoldást. Az ezt használó szimulációkban ugyanaz a végső parszek probléma merül fel, mint az általános relativitáselméletben.

Ebben az új tanulmányban a kutatócsoport a sötét anyag egy változatát, az úgynevezett homályos sötét anyagot vizsgálja. Ez hasonló a hagyományos hideg sötét anyaghoz, kivéve, hogy kis tömegű skalárrészecskékből áll. Mivel ezek a részecskék a gravitáción kívül semmi mással nem lépnének kölcsönhatásba egymással, nem csomósodnának össze ugyanúgy, mint a hagyományos sötét anyag, és így “bolyhos” eloszlásúak lennének.

A bolyhos sötét anyagot először a törpegalaxisok úgynevezett csúcsproblémájának megoldására javasolták, amely a sötét anyag gyenge pontja. Itt a szerzők megmutatják, hogy a homályos sötét anyag növelheti a fekete lyukak, különösen a legnagyobb szupermasszív fekete lyukak keringési sebességét. Ez magyarázatot adhat néhány olyan szörnyetegre, amelyet néhány elliptikus galaxis szívében megfigyeltünk.

De a munka nem bizonyítja, hogy a homályos sötét anyag a megoldás. A fekete lyukak inspirálásának végső fázisának részletei még mindig, mondjuk úgy, kissé homályosak. A szupermasszív fekete lyukak közvetlen megfigyelései szükségesek ahhoz, hogy az ötletet bebizonyítsuk vagy kizárjuk.

Szerencsére a jövőbeni megfigyelések képesek lesznek látni az ilyen összeolvadásokat. Akkor már nem lesz ennyire homályos a tudásunk arról, hogyan egyesülnek a kozmosz legnagyobb objektumai.

Érdemes elolvasni:

• Mégis átléphető lenne a fénysebesség?
• Lenyűgözően fenséges kép született a Jupiterről