Краткая история астрономии. Том 11. Темная материя - Владимир Анатольевич Моисеев
Ученые объясняют нестандартное поведение материи в галактике чрезвычайно большим потоком газа, стягивающимся из межгалактического пространства. Это, вместе с многочисленными вспышками сверхновых, замедляло вращение внешней части диска галактики. Одновременно с этим происходило пространственное разделение газа и темной материи. Из-за того, что последняя слабо взаимодействует с обычным веществом, газ гораздо быстрее терял энергию и концентрировался в центральных областях галактик. Это приводило к тому, что в центре галактики доминировала обычная барионная материя. Доля темной материи в исследованных галактиках на расстоянии половины радиуса от центра в ряде случаев не превышала семи-восьми процентов. Для сравнения, по современным данным Вселенная состоит примерно на пять процентов из барионов и на 27 процентов из темной материи.
Интересно, что темная материя в момент, наблюдаемый учеными, еще не находится в равновесии. Ее гало в галактиках непрерывно растет и из его динамики можно попытаться получить новые ограничения на свойства этой неизученной формы материи. Более сложная задача, стоящая перед исследователями — описать переход между древним состоянием, в котором в галактике доминирует барионная материя к современному, в котором доминирует темная материя.
nplus1.ru, 17 марта 2017, Владимир Королёв
https://nplus1.ru/news/2017/03/17/dark-matter-ancient-galaxy
Журнал Nature, 2017
http://www.nature.com/nature/journal/v543/n7645/full/nature21685.html
Глава 11-17-3
Темную материю предложили искать в форме «гравитационных молекул» в составе двойных черных дыр
Ноябрь 2020
Новая научная работа международной команды астрофизиков предлагает еще один способ обнаружения темной материи во Вселенной. Согласно этой модели, частицы могут находиться вокруг двойных черных дыр, как электроны вокруг двух атомов водорода в молекуле газа. Опубликовано на сайте препринтов arXiv.
А обнаружить темную материю можно будет по отличию между расчетными характеристиками гравитационных волн и фактически зафиксированными. Дело в том, что существующие модели не учитывают окружающую двойные черные дыры темную материю. Если авторы публикации правы, то при повышении чувствительности детекторов можно зафиксировать эти небольшие расхождения. Дело в том, что находящиеся вокруг пары сингулярностей частицы не могут не повлиять на гравитационные волны.
Оригинальную гипотезу сформулировали астрофизики Таиши Икеда (Taishi Ikeda), Лаура Бернард (Laura Bernard), Витор Кардосо (Vitor Cardoso) и Мигель Зильхао (Miguel Zilhao). Они работают в научно-исследовательских учреждениях Италии, Франции и Испании.
В своей работе ученые обратились к сходству строения молекулы водорода и двойных черных дыр. Состоящее из одного протона ядро протия (самого распространенного изотопа H) можно описать всего тремя параметрами: массой, спином и зарядом. То же самое справедливо для любой субатомной частицы. Как ни парадоксально, с точки зрения физики у черной дыры также есть всего три фундаментальные характеристики. И они аналогичны: зная ее массу, заряд и направление вращения, можно рассчитать все возможные прочие параметры этого загадочного объекта.
Новая модель подразумевает, что так же, как в газе, вокруг двух черных дыр эквивалентной массы могут быть поля частиц. Поскольку они никак не фиксируются ни в одном диапазоне электромагнитного спектра, если они существуют, то это темная материя. Отметим, что имеется в виду скалярное поле вероятных положений частицы. В молекуле водорода это электрон, который может находиться только в строго ограниченной области вокруг двух протонов. Аналогичная область существует вокруг двойных черных дыр, только в гораздо большем масштабе.
Икеда, Бернард, Кардосо и Зильхао отмечают, что их модель имеет серьезные ограничения. Пока не ясно, можно ли ее распространить на системы черных дыр, в которых сингулярности имеют различную массу. Кроме того, вся работа — пусть и обоснованное, но все же исключительно теоретическое построение. Аргументация авторов опирается на известные данные о строении Вселенной в целом и черных дыр в частности.
Несмотря на отсутствие инструментов необходимой точности, их совершенствование — лишь вопрос техники. Вполне возможно, что в ближайшие годы оригинальную гипотезу «гравитационной молекулы» опровергнут или подтвердят. В любом случае, это интересный взгляд на методы обнаружения темной материи, потенциально способный существенно продвинуть астрофизику вперед.
naked-science.ru,18 ноября 2020, Василий Парфенов
https://naked-science.ru/article/astronomy/gravitacionniie-molekulii
Сайт препринтов arXiv. 2020
Таиши Икеда (Taishi Ikeda), Лаура Бернард (Laura Bernard), Витор Кардосо (Vitor Cardoso) и Мигель Зильхао (Miguel Zilhao). Италия, Франция и Испания
https://arxiv.org/abs/2010.00008
Глава 11-17-4
Найдены новые доказательства существования темной материи вокруг черных дыр
Март 2023
Исследователи из Китая подробно изучили две ближайшие двойные системы, содержащие звезду и черную дыру звездной массы, и нашли новые косвенные доказательства существования плотной темной материи вблизи их черных дыр. Примененная авторами модель динамического трения позволила также объяснить поведение звезд-компаньонов намного лучше, чем любая другая теория, не учитывающая темную материю. опубликовано в журнале The Astrophysical Journal Letters.
Сегодня известно с десяток теоретических и наблюдательных доказательств существования темной материи. Хотя все они косвенные, каждое доказательство позволяет чуть больше узнать о свойствах и распространенности темной материи, а также приблизиться к пониманию ее природы и открытию составляющих ее частиц.
Очередное доказательство существования темной материи предложил дуэт астрофизиков из Университета образования Гонконга (КНР). Ученые выбрали в качестве объектов исследования две ближайшие рентгеновские двойные системы, состоящие из черной дыры звездной массы и звезды-компаньона — A0620-00 и XTE J1118+480. Системы, находящиеся в трех и шести тысячах световых лет от Солнца, активны и излучают в рентгеновском диапазоне при падении вещества звезды-компаньона на черную дыру.
Вращаясь вокруг своих черных дыр, звезды-компаньоны постепенно замедляются со скоростью примерно в одну-две миллисекунды в год, согласно наблюдениям астрономов. Однако стандартная теоретическая оценка дает значение на два порядка ниже, а именно — 0,02 миллисекунды в год. При этом учет возможного магнитного торможения или влияния приливных сил не предоставляет желаемого результата и тоже расходится с наблюдательными данными.
В новом исследовании авторы решили применить модель динамического трения к темной материи, чтобы попытаться объяснить такое расхождение теории с наблюдениями, а заодно выяснить, существуют ли всплески плотности темной материи вблизи черных дыр звездной массы. Суть модели заключается в том, что звезда, движущаяся в плотной среде из частиц темной материи, будет гравитационно притягивать их, создавая повышенную концентрацию частиц позади себя.
