Ученые впервые измерили плотность вещества вокруг сливающихся сверхмассивных черных дыр
Международная команда астрофизиков использовала данные гравитационно-волновых обсерваторий, чтобы «увидеть» скрытую структуру центров галактик. Исследование, опубликованное в Nature Astronomy, подтвердило существование чрезвычайно плотной материи вокруг сливающихся сверхмассивных черных дыр и оценило её плотность примерно в миллион солнечных масс на кубический парсек.
Ученые проанализировали гравитационно-волновой фон, зафиксированный коллаборацией NANOGrav с помощью метода пульсарного тайминга (PTA). Этот метод применяет миллисекундные пульсары как сверхточные космические часы для детектирования наногерцевых гравитационных волн. Полученный сигнал представляет собой совокупность волн от миллионов пар сливающихся сверхмассивных черных дыр по всей Вселенной.
В самой низкочастотной части спектра обнаружился неожиданный изгиб, не укладывающийся в теоретические модели, где эволюция бинаров объяснялась только излучением гравитационных волн. По словам первого автора работы, доцента Шанхайского университета Цзяо Тун Ифань Чэня, изгиб указывает на влияние окружающей среды. На ранних этапах сближения черные дыры подвергаются воздействию звезд и частиц темной материи в ядре галактики, задолго до финальной вспышки слияния, фиксируемой детекторами вроде LIGO.
Исследователи предложили ключевой механизм — гравитационные трехтельные взаимодействия. Сближающиеся черные дыры действуют как гигантская праща: пролетающие звезды и частицы темной материи получают гравитационный «пинок», ускоряются и улетают, забирая часть орбитальной энергии бинарной системы и ускоряя её сжатие.
Сравнив модели с 15-летними наблюдениями NANOGrav, ученые подтвердили наличие этого механизма и впервые оценили плотность вещества вокруг сливающихся черных дыр. Она составляет около 10⁶ солнечных масс на кубический парсек, что совпадает с прямыми наблюдениями центров Млечного Пути и галактики M87. Это согласие говорит о том, что эффект реален и не является результатом экзотических процессов.
При этом анализ не подтверждает гипотезу о резких «пиках» темной материи, отдавая предпочтение более плавным распределениям. Результаты также проливают свет на «проблему последнего парсека» — вопрос о том, как черные дыры преодолевают финальное расстояние для слияния, если одних гравитационных волн недостаточно. Механизм выброса звезд и материи объясняет этот процесс.
Авторы работы отмечают, что часть изгиба спектра может объясняться высокоэллиптическими орбитами бинаров, но для этого потребовались бы крайне высокие эксцентриситеты, маловероятные для большинства объектов. Дальнейшие наблюдения с новыми радиотелескопами, такими как FAST и Square Kilometer Array, позволят уточнить влияние звезд и темной материи на развитие Вселенной.
Ученые проанализировали гравитационно-волновой фон, зафиксированный коллаборацией NANOGrav с помощью метода пульсарного тайминга (PTA). Этот метод применяет миллисекундные пульсары как сверхточные космические часы для детектирования наногерцевых гравитационных волн. Полученный сигнал представляет собой совокупность волн от миллионов пар сливающихся сверхмассивных черных дыр по всей Вселенной.
В самой низкочастотной части спектра обнаружился неожиданный изгиб, не укладывающийся в теоретические модели, где эволюция бинаров объяснялась только излучением гравитационных волн. По словам первого автора работы, доцента Шанхайского университета Цзяо Тун Ифань Чэня, изгиб указывает на влияние окружающей среды. На ранних этапах сближения черные дыры подвергаются воздействию звезд и частиц темной материи в ядре галактики, задолго до финальной вспышки слияния, фиксируемой детекторами вроде LIGO.
Исследователи предложили ключевой механизм — гравитационные трехтельные взаимодействия. Сближающиеся черные дыры действуют как гигантская праща: пролетающие звезды и частицы темной материи получают гравитационный «пинок», ускоряются и улетают, забирая часть орбитальной энергии бинарной системы и ускоряя её сжатие.
Сравнив модели с 15-летними наблюдениями NANOGrav, ученые подтвердили наличие этого механизма и впервые оценили плотность вещества вокруг сливающихся черных дыр. Она составляет около 10⁶ солнечных масс на кубический парсек, что совпадает с прямыми наблюдениями центров Млечного Пути и галактики M87. Это согласие говорит о том, что эффект реален и не является результатом экзотических процессов.
При этом анализ не подтверждает гипотезу о резких «пиках» темной материи, отдавая предпочтение более плавным распределениям. Результаты также проливают свет на «проблему последнего парсека» — вопрос о том, как черные дыры преодолевают финальное расстояние для слияния, если одних гравитационных волн недостаточно. Механизм выброса звезд и материи объясняет этот процесс.
Авторы работы отмечают, что часть изгиба спектра может объясняться высокоэллиптическими орбитами бинаров, но для этого потребовались бы крайне высокие эксцентриситеты, маловероятные для большинства объектов. Дальнейшие наблюдения с новыми радиотелескопами, такими как FAST и Square Kilometer Array, позволят уточнить влияние звезд и темной материи на развитие Вселенной.
Читайте также:
Ctrl
Enter
Заметили ошЫбку
Выделите текст и нажмите Ctrl+EnterЧитайте также:
.jpg)
