Tamna materija bi supermasivnim crnim rupama mogla da obezbedi kočnice koje su im potrebne da ih spoje na kraju dugog, spiralnog putovanja ka njihovoj sudbini.
Prema novom matematičkom modelovanju, zagonetka poznata kao problem konačnog parseka može se rešiti prisustvom čestica tamne materije koja je u samointeragovanju, a koje ostaju grupisane oko crnih rupa, omogućavajući im da pređu konačnu udaljenost između njih.
To je otkriće koje sugeriše da tajanstvena materija koja Univerzumu daje dodatnu gravitaciju mora, stoga, biti u stanju da interaguje sa sobom, pošto se problem ne može rešiti modelima tamne materije bez interakcije.
„Pokazujemo da uključivanje prethodno zanemarenog efekta tamne materije može pomoći supermasivnim crnim rupama da prevaziđu ovaj konačni parsek razdvajanja i sjedinjenja“, kaže fizičar Gonzalo Alonso-Alvarez sa Univerziteta u Torontu i Univerziteta McGill. „Naši proračuni objašnjavaju kako se to može dogoditi, za razliku od onoga što se ranije mislilo.
Pronađene u srcima galaksija, supermasivne crne rupe predstavljaju astronomima ogromnu zagonetku. Znamo da se crne rupe manje veličine formiraju iz kolabiranih jezgara masivnih zvezda kojima je ponestalo fuzionog goriva i koje su izbacile kosmičku kantu. Ove manje mase mogu se spojiti u veće; najmasovnije spajanje crnih rupa koje je otkriveno do sada proizvelo je objekat sa masom koja je ekvivalentna 142 Sunca.
Supermasivne crne rupe su milione do milijarde puta veće od mase Sunca. Razumno je pretpostaviti da oni mogu da postanu toliko veliki spajanjem sa drugim crnim rupama veličine čudovišta. Čak smo primetili supermasivne crne rupe kako kruže jedna oko druge nakon što su se njihove galaksije spojile, tokom istorije Univerzuma, naizgled na putu eventualnog sudara.
Međutim, nije jasno kako se ove supermasivne crne rupe sudaraju. Prema modelima, dok supermasivne crne rupe kruže jedna oko druge, one prenose svoju orbitalnu energiju na zvezde i gas oko njih, uzrokujući da njihova orbita postaje sve manja i manja. Kako se njihovo razdvajanje smanjuje, smanjuje se i količina stvari koje mogu ukrasti njihov zamah.
U trenutku kada budu udaljeni oko jedan parsek – oko 3,2 svetlosne godine – njihovo galaktičko susedstvo više ne može da podrži dalje orbitalno raspadanje, tako da se orbita crnih rupa stabilizuje za ono što bi moglo biti veoma dugo. Koliko dugo? Pa, duže nego što Univerzum postoji barem.
Jedan od načina da se utvrdi da li su se supermasivne crne rupe zaista spojile u prošlosti uključuje gravitacione talase; ogromno talasanje u tkivu prostor-vremena izazvano velikim masama kada promene brzinu. Ako se supermasivne crne rupe sudaraju po celom Univerzumu, trebalo bi da postoji karakteristično „zujanje“ gravitacionih talasa veoma niske frekvencije koji se neprestano talasaju širom Univerzuma.
Konačno smo otkrili šum gravitacionog talasa u pozadini. Što sugeriše da nam nedostaje kritični deo priče o sudaru supermasivne crne rupe.
Ovo je poslednji problem parseka.
Tamna materija je možda ono što nam nedostaje. Ipak, prema prethodnim modelima spajanja supermasivnih crnih rupa, njihova gravitaciona interakcija bi takođe trebalo da izbaci čestice tamne materije iz sistema koji bi inače mogli da apsorbuju taj poslednji deo orbitalne energije.
Sada, problem sa tamnom materijom je što ne znamo šta je to. Ne stupa u interakciju sa normalnom materijom Univerzuma izvan gravitacionog privlačenja, što ga čini izuzetno teškim za ispitivanje. Mi to nazivamo tamnom materijom kao termin za čuvanje mesta, a naučnici pokušavaju da otkriju njena svojstva proučavajući ponašanje Univerzuma na druge načine.
Alonso-Alvarez i njegove kolege su se pitali da li smo prenaglici izbacivali tamnu materiju kao rešenje, pa su dizajnirali matematičke modele da je testiraju. I otkrili su da tamna materija koja interaguje sama sa sobom može ostati u blizini spajanja supermasivnih crnih rupa – dajući crnim rupama nešto na šta će preneti svoju poslednju orbitalnu energiju kako bi konačno mogle da zagrle, formirajući jednu izuzetno veliku supermasivnu crnu rupu.
Trenutno su rezultati prilično teoretski, ali daju predviđanja koja se mogu posmatrati. Na primer, nalazi predviđaju omekšavanje pozadinskog brujanja gravitacionog talasa, o čemu su nagoveštaji već viđeni. A rezultati se takođe mogu koristiti za razumevanje oreola tamne materije koji okružuju galaksije širom Univerzuma, pošto čestice moraju da interaguju na galaktičkoj skali da bi mogle da reše konačni problem parseka.
Konačno, istraživači kažu da njihova otkrića predstavljaju novi alat za otkrivanje misterija tamne materije.
„Naš rad je novi način da nam pomogne da razumemo prirodu čestica tamne materije“, kaže Alonso-Alvarez. „Otkrili smo da je evolucija orbita crne rupe veoma osetljiva na mikrofiziku tamne materije i to znači da možemo da koristimo posmatranja supermasivnih spajanja crnih rupa da bismo bolje razumeli ove čestice.“
