|
Влияния темной материи на волны черных дыр
|
|
|
|
Новое исследование, проведенное учеными из Амстердамского университета, показывает, как гравитационные волны от черных дыр могут быть использованы для выявления присутствия темной материи и определения ее свойств. Ключом к успеху является новая модель, основанная на общей теории относительности Эйнштейна, которая детально отслеживает, как черная дыра взаимодействует с окружающей материей.
|
|
|
|
Исследователи Родриго Висенте, Теофанес К. Каридас и Джанфранко Бертоне из Института физики Калифорнийского университета (UvA Institute of Physics, IoP) и центра передового опыта в области гравитации и физики астрочастиц ГРАППА в Амстердаме опубликовали свои результаты в журнале Physical Review Letters. В своей статье они предлагают усовершенствованный способ моделирования того, как темная материя вокруг черных дыр влияет на гравитационные волны, излучаемые этими системами.
|
|
Экстремальное соотношение масс вдохновляет
|
|
|
|
Работа сосредоточена на так называемых инспираторах с экстремальным соотношением масс, или EMRIs: системах, в которых относительно небольшой, компактный объект - например, черная дыра, образовавшаяся в результате коллапса одной звезды, - вращается по орбите и медленно превращается в гораздо более массивную черную дыру, обычно находящуюся в центре галактики. По мере того как он закручивается по спирали внутрь, меньший объект испускает длинный гравитационно-волновой сигнал.
|
|
|
|
|
|
|
Ожидается, что будущие космические миссии, такие как космическая антенна Европейского космического агентства LISA, запуск которой запланирован на 2035 год, будут регистрировать эти сигналы в течение нескольких месяцев или даже лет, отслеживая сотни тысяч или миллионы орбитальных циклов. При точном моделировании эти "космические отпечатки" могут показать, как вещество — особенно таинственная темная материя, которая, как считается, составляет большую часть вещества во Вселенной — распределяется в непосредственной близости от массивных черных дыр.
|
|
Релятивистская точка зрения
|
|
|
|
Прежде чем такие миссии, как LISA, начнут собирать данные, крайне важно детально предсказать, каких сигналов нам следует ожидать и как извлечь из них как можно больше информации. До сих пор большинство исследований основывалось на упрощенных описаниях того, как окружающая среда влияет на EMRIS.
|
|
|
|
Новая работа физиков IoP/GRAPPA устраняет этот пробел для широкого класса сред. Он обеспечивает первую полностью релятивистскую основу — это означает, что в нем полностью используется теория гравитации Эйнштейна, а не более простые приближения, основанные на ньютоновской гравитации, — для описания того, как окружение массивной черной дыры изменяет орбиту EMRI и возникающие в результате гравитационные волны.
|
|
|
|
Исследование сосредоточено, в частности, на плотных концентрациях темной материи, которые часто называют "шипами" или "насыпями", которые могут образовываться вокруг массивных черных дыр. Применяя свое новое релятивистское описание к современным моделям формы сигнала, авторы показывают, как такие структуры будут оказывать заметное влияние на сигналы, регистрируемые будущими детекторами.
|
|
|
|
Эта работа представляет собой фундаментальный шаг в долгосрочной программе, целью которой является использование гравитационных волн для составления карты распределения темной материи во Вселенной и пролития света на ее фундаментальную природу.
|
|
|
|
Источник
|
