Дослідники з Китаю докладно вивчили дві найближчі подвійні системи, що містять зірку та чорну діру зіркової маси, та знайшли нові непрямі докази існування щільної темної матерії поблизу їхніх чорних дір. Застосована авторами модель динамічного тертя дозволила пояснити поведінку зірок-компаньйонів набагато краще, ніж будь-яка інша теорія, яка не враховує темну матерію.
Темна матерія не випромінює і не відбиває світло, оскільки ніяк не бере участі в електромагнітній взаємодії, що робить її виключно складним об’єктом виявлення. Багато сучасних досліджень спрямовано пошуки доказів існування цієї форми матерії чи методів, які б її виявили. І все, що можуть мати вчені, — знання, що гіпотетичні частинки темної матерії взаємодіють один з одним та іншими частинками лише гравітаційно, і те, що цій невидимій матерії приблизно в п’ять разів більше речовини, що ми спостерігаємо.
Проте сьогодні відомо з десяток теоретичних та спостережних доказів існування темної матерії. Хоча всі вони непрямі, кожен доказ дозволяє трохи більше дізнатися про властивості та поширеність темної матерії, а також наблизитися до розуміння її природи та відкриття її частинок.
Ще один доказ існування темної матерії запропонував дует астрофізиків з Університету освіти Гонконгу (КНР). Вчені обрали як об’єкти дослідження дві найближчі рентгенівські подвійні системи, що складаються з чорної діри зіркової маси та зірки-компаньйона — A0620-00 та XTE J1118+480. Системи, що знаходяться в трьох і шести тисячах світлових років від Сонця, активні та випромінюють у рентгенівському діапазоні при падінні речовини зірки-компаньйона на чорну діру.
Повертаючись навколо своїх чорних дір, зірки-компаньйони поступово сповільнюються зі швидкістю приблизно в одну-дві мілісекунди на рік, згідно з спостереженнями астрономів. Проте стандартна теоретична оцінка дає значення на два порядки нижче, а саме – 0,02 мілісекунди на рік. При цьому облік можливого магнітного гальмування чи впливу приливних сил не надає бажаного результату і також розходиться із спостережними даними.
У новому дослідженні автори вирішили застосувати модель динамічного тертя до темної матерії, щоб спробувати пояснити таку розбіжність теорії зі спостереженнями, а заразом з’ясувати, чи існують сплески щільності темної матерії поблизу чорних дір зоряної маси. Суть моделі полягає в тому, що зірка, що рухається в щільному середовищі з частинок темної матерії, гравітаційно притягатиме їх, створюючи підвищену концентрацію частинок позаду себе.
Це ще щільніше скупчення частинок темної матерії, своєю чергою, надаватиме колективний гравітаційний вплив на зірку, уповільнюючи її. Ефект динамічного тертя був запропонований понад 70 років тому лауреатом Нобелівської премії астрофізиком Субраманіяном Чандрасекаром і, на диво авторів дослідження, його раніше не застосовували до подібних систем.
Але саме в даному випадку цей ефект дозволив отримати найбільш близькі до значень швидкості уповільнення зірки-компаньйона. Надалі дослідники сподіваються застосувати таку модель до інших подвійних систем, яких тільки в нашій Галактиці щонайменше 18 штук. На думку авторів роботи, вивчення подібних систем може надати більше інформації, яка в майбутньому дозволить нарешті розгадати таємницю темної матерії.
Докладний опис свого дослідження автори наводять у статті, опублікованій у журналі The Astrophysical Journal Letters.
