Ученые из Института гравитационной физики Общества Макса Планка и Института физики высоких энергий Барселоны разработали метод обнаружения темной материи по ее воздействию на системы с экстремальным отношением масс (EMRI) в спиральных галактиках. В исследовании, опубликованном в журнале Physical Review Letters, утверждается, что эти эффекты могут быть зафиксированы будущими космическими детекторами гравитационных волн, такими как LISA.

Физики рассмотрели сценарий сверхлегкой темной материи, состоящей из частиц, которые можно моделировать как скалярные бозоны. Эти частицы формируют скалярное поле, равномерно распределенное в пространстве, и могут взаимодействовать с гравитационными волнами, излучаемыми системами EMRI, вызывая фазовые сдвиги этих волн. EMRI включают в себя сверхмассивную черную дыру (SMBH) и меньшее астрономическое тело, которое может быть звездой или другой черной дырой.

Ученые применили полностью релятивистский подход для анализа поведения этих систем, так как ньютоновские модели не учитывают эффекты экстремальной гравитации. Их метод позволил изучить потерю энергии системами EMRI через гравитационные волны и взаимодействие с окружающим скалярным полем. Результаты показали, что меньшие черные дыры, вращающиеся вокруг сверхмассивных черных дыр, создают плотный след в сверхлегкой темной материи, который вызывает динамическое трение и влияет на сигнал гравитационных волн.

Это может привести к изменению поведения волн, что может быть обнаружено с помощью детекторов, таких как LISA. Кроме того, исследование выявило различия между размытыми формами темной материи и бозонными облаками. В частности, размытая темная материя влияет на потерю энергии на больших расстояниях от черных дыр, а рассеяние энергии в бозонных облаках сильно зависит от их окружения.

В заключение, ученые предполагают, что дальнейшие исследования помогут лучше понять природу темной материи. В будущем команда планирует адаптировать свою модель для изучения более сложных систем, таких как диски активных галактических ядер, что может пролить свет на роль темной материи в формировании крупномасштабных структур Вселенной.

Ссылка на источник:   https://lenta.ru