För första gången kan forskare ha upptäckt indirekta bevis för att en stor mängd osynlig mörk materia omger svarta hål. Upptäckten, om den bekräftas, kan vara ett stort genombrott i studiet av mörk materia.
Mörk materia utgör cirka 85 % av all materia i universum, men den är nästan helt osynlig för astronomer. Detta beror på att, till skillnad från den materia som utgör stjärnor, planeter och allt runt omkring oss, interagerar inte mörk materia med ljus och kan inte ses.
Lyckligtvis interagerar mörk materia gravitationellt, vilket gör att forskare kan sluta sig till närvaron av mörk materia genom att titta på dess gravitationseffekt på en "proxy" av vanlig materia. I en ny studie använde ett team av forskare från Education University of Hong Kong stjärnor som kretsar kring svarta hål i binära system som sådana "proxies".
Teamet såg när de två stjärnornas omlopp saktades av, eller något långsammare, med cirka 1 millisekund per år när de rörde sig runt sina följeslagare svarta hål, betecknade A0620-00 och XTE J1118+480. Teamet drog slutsatsen att avmattningen var resultatet av att mörk materia uppslukade de svarta hålen och skapade betydande friktion och gravitation för stjärnorna när de kretsade runt sina mer massiva partners.
Med hjälp av datorsimuleringar av system med svarta hål tillämpade teamet den dynamiska friktionsmodellen av mörk materia, som används i stor utsträckning inom kosmologi, som antar en viss förlust av rörelsemängd av objekt som interagerar gravitationsmässigt med mörk materia. Simuleringarna visade att de observerade avklingningshastigheterna för banorna motsvarar förutsägelserna av friktionsmodellen. Den observerade hastigheten för orbital sönderfall är cirka 50 gånger den teoretiska uppskattningen, vilket är cirka 0,02 millisekunder av orbital sönderfall per år för binärer som saknar mörk materia.
"Detta är den första studien någonsin som använder den "dynamiska friktionsmodellen" för att bekräfta och bevisa förekomsten av mörk materia runt svarta hål, säger Jang Man Ho (öppnas i en ny flik), gruppledare och docent vid institutionen för Naturvetenskap och miljövetenskap miljö i ditt utlåtande.
Resultaten av studien, som publicerades den 30 januari i The Astrophysical Journal Letters, hjälper till att bekräfta en mångårig teori inom kosmologi om att svarta hål kan absorbera mörk materia som kommer tillräckligt nära dem. Detta leder till en omfördelning av mörk materia runt svarta hål, vilket skapar en "densitetspik" i deras omedelbara närhet, vilket subtilt kan påverka omgivande objekts banor.
Chan förklarade att tidigare försök att studera mörk materia runt svarta hål förlitade sig på emission av högenergiljus i form av gammastrålar, eller pulsationer i rymden som kallas gravitationsvågor. Dessa utsläpp orsakas av kollision och sammanslagning av svarta hål, en sällsynt händelse i universum som kan få astronomer att vänta länge på tillräckligt med data.
Denna forskning ger forskare ett nytt sätt att studera den mörka materien som är fördelad runt svarta hål, vilket kan hjälpa dem att bli mer aktiva i sitt sökande. Teamet har för avsikt att leta efter liknande svarta håls binärer att studera i framtiden.
"Denna forskning öppnar upp en viktig ny riktning för framtida forskning om mörk materia," sa Chan. "I bara en galax, Vintergatan, finns det minst 18 binära system som liknar objekten i vår studie, som kan ge rik information som hjälper till att reda ut mysteriet med mörk materia."
Läs också: