Новое исследование, результаты которого опубликованы в Physical Review Letters, рассматривает воздействие ультралёгкой тёмной материи на спиральные галактики с экстремальными отношениями масс (EMRI). Эти галактики могут быть выявлены в будущем с помощью космических детекторов гравитационных волн, таких как LISA (космическая лазерная интерферометрическая антенна).
Системы EMRI включают сверхмассивную чёрную дыру (SMBH) в сочетании с меньшим объектом, который может представлять собой звезду или другую чёрную дыру. Гравитационные волны, излучаемые при спиральном движении более мелких объектов в направлении сверхмассивной чёрной дыры, способны указывать на присутствие и влияние ультралёгкой тёмной материи внутри и вокруг данных систем.
Авторы работы — доктор Франциско Дуке и доктор Родриго Висенте — пояснили, что ультралёгкая тёмная материя состоит из частиц с незначительной массой, которая моделируется как скалярные бозоны без спина. Это формирует скалярное поле, плавно распределённое в пространственном объёме.
В процессе исследования установлено, что плотность облаков ультралёгкой тёмной материи вокруг сверхмассивной чёрной дыры может быть в 20 раз больше плотности золота, подчёркивая значительное воздействие этой материи на развитие систем EMRI и аналогичных им. Сигналы гравитационных волн, вызванные присутствием ультралёгкой тёмной материи, смогут быть зафиксированы с помощью перспективных детекторов.
Доктор Кайо Маседо, профессор из Федерального университета Пара, отметил, что ожидаемый запуск детектора LISA в 2035 году позволит обнаруживать второй линией частоты в миллигерцах, что обеспечит точное исследование систем EMRI. LISA станет способной отслеживать подобные системы в течение недель, месяцев или даже лет, что прекрасно подходит для наблюдения фазовых сдвигов, вызванных динамическим трением, накапливающимся на протяжении циклов.
Учёные также изучили различия в поведении размытой тёмной материи и бозонных облаков. Найдено, что в случае размытой тёмной материи вблизи сверхмассивных дыры утрата энергии из-за истощения скалярного поля может превосходить утрату, вызванную гравитационным излучением, особенно если объект более удалён от сверхмассивной чёрной дыры.
Включение релятивистской структуры в модели привело к выявлению резонансного эффекта в гравитационных волнах — это релятивистское явление, отсутствующее в ньютоновских моделях. Точное моделирование влияния различных типов материи на гравитационные волны открывает новые горизонты для понимания гравитации, обозначая важные направления исследований в области тёмной материи.
В дальнейшем учёные намерены расширить своё исследование, чтобы приспособиться к эксцентрическим орбитальным траекториям, которые скорее всего будут присутствовать в системах EMRI. Также планируется адаптировать релятивистские модели для дисков активных галактических ядер (AGN), которые, как предполагается, содержат значительное количество тёмной материи. Поскольку тёмная материя играет ключевую роль в формировании структуры на крупных масштабах, эти исследования могут внести ясность относительно её влияния на Вселенную.
Источник: iXBT
