|
Темная материя объясняет появление ранних черных дыр
|
|
|
|
Все большей загадкой в астрономии становится наличие гигантских черных дыр, некоторые из которых весят до миллиарда солнц, существующих менее чем через миллиард лет после Большого взрыва. Согласно стандартной теории образования черных дыр, у этих черных дыр просто не должно было быть достаточно времени, чтобы вырасти до таких размеров. Исследование, проведенное аспирантом Калифорнийского университета в Риверсайде Яшем Аггарвалом, показывает, что распад темной материи может стать ключом к пониманию происхождения этих космических чудовищ. Исследование, опубликованное в журнале Journal of Cosmology and Astroparticle Physics, показывает, что энергия, выделяющаяся при распаде темной материи, может изменить химический состав ранних галактик настолько, что некоторые из них могут непосредственно коллапсировать в черные дыры, а не образовывать звезды.
|
|
|
|
Этот результат является своевременным, поскольку космический телескоп НАСА имени Джеймса Уэбба продолжает наблюдать необычно большие черные дыры в ранней Вселенной, которые могли образоваться в результате прямого коллапса. Астрономы полагали, что этот процесс требует совпадения сияния близлежащих звезд на предзвездном газе, и поэтому ожидали, что это произойдет редко.
|
|
|
|
Команда Аггарвала выходит за рамки стандартного подхода, используя темную материю — неизвестные 85% вещества во Вселенной, которое помогает образовываться галактикам. Они показывают, что при распаде темной материи небольшое количество ее энергии может перейти в газ и увеличить скорость прямого коллапса. Каждой распадающейся частице темной материи потребовалось бы всего лишь ввести количество энергии, составляющее миллиард триллионных долей энергии одной батарейки типа АА.
|
|
|
|
|
|
|
"Наше исследование предполагает, что распадающаяся темная материя может коренным образом изменить эволюцию первых звезд и галактик с широко распространенными последствиями по всей Вселенной", - сказал Аггарвал. - Поскольку космический телескоп Джеймса Уэбба в настоящее время обнаруживает все больше сверхмассивных черных дыр в ранней Вселенной, этот механизм может помочь преодолеть разрыв между теорией и наблюдениями".
|
|
|
|
Флип Танедо, доцент кафедры физики и астрономии Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе и соруководитель докторантуры Аггарвала, сказал, что идеи, связанные с этой работой, обсуждались в его группе с 2018 года.
|
|
|
|
"Первые галактики, по сути, представляли собой шары из чистого газообразного водорода, химический состав которых невероятно чувствителен к выбросу энергии атомного масштаба", - сказал Танедо, соавтор статьи. "Это те свойства, которые нам нужны для детектора темной материи — сигнатурой этих "детекторов" могут быть сверхмассивные черные дыры, которые мы наблюдаем сегодня".
|
|
|
|
Исследовательская группа, в которую входили Джеймс Дент из Государственного университета Сэма Хьюстона в Техасе и Тао Сюй из Университета Оклахомы, смоделировала термохимическую динамику газа в присутствии распадающихся аксионов и обнаружила, что интервал масс темной материи между 24 и 27 электронвольтами может создать условия для зарождения прямых солнечных лучей. коллапс черных дыр.
|
|
|
|
Танедо отметил, что эта работа стала результатом ряда совпадений, которые собрали нужных людей в нужное время, включая серию семинаров, на которых физики элементарных частиц, космологи и астрофизики смогли обсудить важные вопросы в своей области.
|
|
|
|
"Мы показали, что правильное окружение темной материей может помочь сделать "совпадение" прямого коллапса черных дыр гораздо более вероятным", - сказал он.
|
|
|
|
Источник
|
