Astronomowie wykorzystali technikę zwaną mapowaniem echa, aby wykryć wskazówki, że supermasywne czarne dziury, takie jak kosmiczny tytan w sercu Drogi Mlecznej, znany jako Sagittarius A* (Sgr A*), są otoczone gęstymi chmurami i gromadami ciemnej materii. Badania mogą dowiedzieć się więcej o tej tajemniczej substancji i środowiskach wokół supermasywnych czarnych dziur.
Ciemna materia to najbardziej tajemnicza substancja we wszechświecie, przewyższająca zwykłą materię w kosmosie w stosunku pięć do jednego – ale pozostająca faktycznie niewidoczna, ponieważ nie oddziałuje z promieniowanie elektromagnetycznełącznie ze światłem, które widzimy. Jedynym sposobem, w jaki naukowcy mogą w ogóle wywnioskować obecność ciemnej materii, jest jej oddziaływanie z nią powagaoraz wpływ, jaki ta interakcja ma na obiekty wykonane z tradycyjnej materii, takie jak gwiazdy. Na przykład efekt grawitacyjny ciemnej materii pozwala gwiazdom na krawędziach galaktyk poruszać się ze znacznie większymi prędkościami, nie lecąc jednocześnie luzem niż widoczna materia tych galaktyk. galaktyki pozwoliłby.
Zespół ten postanowił przetestować wpływ grawitacyjny ciemnej materii na serca galaktyk, środowiska zdominowane przez supermasywne czarne dziury, które mogą mieć masy miliony, a nawet miliardy mas Słońca. Zwykła sprawa wokół nich supermasywne czarne dziury jest często bardzo widoczna, zwłaszcza gdy spiralnie wpada do paszczy jednego z tych kosmicznych tytanów z spłaszczonego obłoku zwanego dyskiem akrecyjnym. Dzieje się tak, ponieważ wpływ grawitacyjny tych czarnych dziur generuje ogromne ilości tarcia, powodując ich jasny wzrost. To nie sprawdziłoby się w przypadku ciemnej materii; nie czuje tarcia, ponieważ nie oddziałuje ze sobą ani ze zwykłą materią, i nie może świecić, ponieważ nie pochłania ani nie emituje światła.
Jest oczywiste, że ciemnej materii nie można dostrzec wokół supermasywnych czarnych dziur nawet przy użyciu najbardziej zaawansowanych teleskopów, takich jak Teleskop Horyzontu Zdarzeń (EHT), który uchwycił świecące pierścienie materii wokół Sgr A* i wokół bardziej odległej supermasywnej czarnej dziury rządzącej sercem galaktyki Messiera 87 (M87).
Omawiając problem wykrywania ciemnej materii wokół supermasywnych czarnych dziur, Mayank Sharma, absolwent fizyki na Virginia Polytechnic Institute i State University (Virginia Tech), wpadł na ciekawe rozwiązanie.
„Moglibyśmy przetestować tę prognozę, korzystając z techniki astronomicznej, która pozwala zmierzyć odległość do otaczającego gazu na podstawie echa światła” – Sharma – napisano w oświadczeniu. Technika, o której wspomina Sharma, to „mapowanie pogłosu” i stała się zaufaną metodą określania masy czarnych dziur.
Echa ciemnej materii
Mapowanie pogłosu opiera się na fakcie, że materia wpadająca do czarnej dziury uwalnia wybuch energii, który powoduje pulsację dysku akrecyjnego, z którego pochodzi. Ten impuls światła przemieszcza się z dysku akrecyjnego do gazu w szerszym otoczeniu czarnej dziury. Gaz ten pochłania to światło, a także pulsuje, przy czym ten impuls wtórny służy jako echo pierwszego.
Ponieważ znamy prędkość światłakiedy astronomowie zobaczą pierwszy impuls światła, a następnie jego echo, mogą wykorzystać czas pomiędzy impulsami do oszacowania odległości pomiędzy czarną dziurą a gazem na obrzeżach jej otoczenia. Rozmiar czarnej dziury i odległość między nią a zewnętrznymi obłokami gazu można wykorzystać do określenia jej masy, a także do określenia masy ciemnej materii skupionej wokół niej.
Zespół zastosował swoją metodę do 14 różnych galaktyk i w pięciu przypadkach odkrył, że masa wzrasta w miarę oddalania się od centralnej czarnej dziury w sposób, którego nie można wytłumaczyć samą materią widzialną. Pomimo wczesnego sukcesu tych badań, wcale nie dowodzą one, że supermasywne czarne dziury rzeczywiście gromadzą miejsca dla ciemnej materii. Odkrycia zespołu rzeczywiście wskazują interesującą drogę naprzód w badaniach nad najbardziej tajemniczą substancją wszechświata i jego najbardziej tajemniczymi regionami.
„Te galaktyki zdecydowanie wskazują, że istnieje dodatkowa materia, której nie można wytłumaczyć wyłącznie supermasywną czarną dziurą” – powiedział Sharma. „Perspektywy są ekscytujące”.
Wyniki badań zespołu opublikowano w czasopiśmie Przegląd fizyczny D.
