For første gang kan forskere have opdaget indirekte beviser for, at en stor mængde usynligt mørkt stof omgiver sorte huller. Opdagelsen, hvis den bekræftes, kan være et stort gennembrud i studiet af mørkt stof.
Mørkt stof udgør omkring 85 % af alt stof i universet, men det er næsten fuldstændig usynligt for astronomer. Det skyldes, at i modsætning til det stof, der udgør stjerner, planeter og alt omkring os, interagerer mørkt stof ikke med lys og kan ikke ses.
Heldigvis interagerer mørkt stof gravitationelt, hvilket gør det muligt for forskere at udlede tilstedeværelsen af mørkt stof ved at se på dets gravitationseffekt på en "proxy" af almindeligt stof. I en ny undersøgelse brugte et team af forskere fra Education University of Hong Kong stjerner, der kredser om sorte huller i binære systemer, som sådanne "proxies".
Holdet iagttog, mens de to stjerners kredsløb blev langsommere eller en smule bremsede med omkring 1 millisekund om året, mens de bevægede sig rundt i deres ledsagende sorte huller, betegnet A0620-00 og XTE J1118+480. Holdet konkluderede, at afmatningen var resultatet af mørkt stof, der opslugte de sorte huller og skabte betydelig friktion og tyngdekraft for stjernerne, mens de kredsede om deres mere massive partnere.
Ved hjælp af computersimuleringer af sorte hul-systemer anvendte holdet den dynamiske friktionsmodel af mørkt stof, der er meget brugt i kosmologi, som antager et vist tab af momentum af objekter, der tyngdemæssigt interagerer med mørkt stof. Simuleringerne viste, at de observerede henfaldshastigheder for banerne svarer til forudsigelserne fra friktionsmodellen. Den observerede hastighed af orbital henfald er omkring 50 gange det teoretiske skøn, hvilket er omkring 0,02 millisekunder af orbitalt henfald om året for binære filer uden mørkt stof.
"Dette er den første undersøgelse nogensinde, der har brugt den 'dynamiske friktionsmodel' til at bekræfte og bevise eksistensen af mørkt stof omkring sorte huller," siger Jang Man Ho (åbner i en ny fane), gruppeleder og lektor ved Institut for Naturvidenskab og miljøvidenskab miljø i din redegørelse.
Resultaterne af undersøgelsen, offentliggjort den 30. januar i The Astrophysical Journal Letters, er med til at bekræfte en langvarig teori inden for kosmologi om, at sorte huller kan absorbere mørkt stof, der kommer tæt nok på dem. Dette fører til en omfordeling af mørkt stof omkring sorte huller, hvilket skaber en "densitetsspids" i deres umiddelbare nærhed, som subtilt kan påvirke omgivende objekters kredsløb.
Chan forklarede, at tidligere forsøg på at studere mørkt stof omkring sorte huller var afhængige af emissionen af højenergilys i form af gammastråler eller pulsationer i rummet kendt som gravitationsbølger. Disse emissioner er forårsaget af kollision og sammensmeltning af sorte huller, en sjælden begivenhed i universet, der kan få astronomer til at vente længe på tilstrækkelige data.
Denne forskning giver forskerne en ny måde at studere det mørke stof fordelt rundt om sorte huller, hvilket kan hjælpe dem med at være mere aktive i deres søgning. Holdet har til hensigt at lede efter lignende sorte hul-binære filer at studere i fremtiden.
"Denne forskning åbner en vigtig ny retning for fremtidig forskning i mørkt stof," sagde Chan. "I kun én galakse, Mælkevejen, er der mindst 18 binære systemer, der ligner objekterne i vores undersøgelse, som kan give rig information, der vil hjælpe med at opklare mysteriet med mørkt stof."
Læs også: