Краткая история астрономии. Том 11. Темная материя

Глава 11-8-2
Следы темной материи предложили искать в эргосфере черных дыр

Июнь 2015

Джереми Шниттман (Jeremy Schnittman) из Центра управления полетами им. Годдарда (NASA) подверг пересмотру существующие представления о результатах взаимных столкновений частиц темной материи в окрестностях черных дыр и пришел к выводу, что побочные продукты этих столкновений могут быть обнаружены астрономами. Потенциально это позволяет косвенно зарегистрировать существование частиц темной материи. Статья опубликована в The Astrophysical Journal, а с ее препринтом можно ознакомиться на arXiv.org.

В 2009 году группа ученых во главе с Максимо Баньядосом (Máximo Bañados) выдвинула гипотезу, согласно которой черная дыра может разогнать находящиеся рядом частицы темной материи, передав им часть своей энергии вращения через механизм Пенроуза. В итоге черная дыра слегка замедлит свое вращение, но для частиц темной материи сыграет роль мощного ускорителя. Поскольку вимпы не участвуют в электромагнитном взаимодействии, объекты, подобные черным дырам, являются единственными, способными сыграть роль ускорителей для таких частиц. Тем не менее, в ряде работ значимость эффекта Баньядоса-Силка-Уэста была поставлена под сомнение.

Джереми Шниттман попытался рассмотреть процесс разгона частиц темной материи близ черных дыр более детально. По расчетам автора, для части из них механизм Пенроуза будет работать намного эффективнее, чем считалось ранее. Шниттман обнаружил, что гамма-лучи от аннигиляции «вимпов» по своей энергии могут быть в 14 раз больше, чем исходные частицы. Более ранние модели, учитывавшие одновременный разгон в эргосфере лишь небольшого количества частиц, показывали, что гамма-лучи по своей энергии могут превзойти исходные частицы лишь на 30 процентов. Иными словами, существует вероятность того, что аннигиляции вимпов дадут гамма-излучение, которое отразится на спектре гамма-фотонов, исходящих от черной дыры.

Как констатирует Шниттман, повышению вероятности обнаружения следов аннигиляции вимпов способствует и релятивистское замедление времени близ черной дыры. С точки зрения удаленного наблюдателя, частицы, падающие на горизонт событий дыры, сначала ускоряются, но по мере приближения к горизонту замедляются. Поэтому наблюдаемая вблизи него плотность частиц вимпов должна повышаться.

Кроме того, в ряде моделей, описывающих вимпы, их эффективное сечение столкновения после достижения определенного уровня энергий (за счет разгона черной дырой) может скачкообразно увеличиваться. Из-за всего этого вероятность аннигиляции разогнанных частиц темной материи при столкновениях близ черной дыры будет намного выше, чем в любых других районах Вселенной. Как комментирует Шниттман, если в норме столкновение и аннигиляция двух вимпов также маловероятны, как столкновение двух пуль в перестрелке, то в окрестностях черных дыр таких «пуль» должно быть так много, что периодически они просто обязаны сталкиваться, порождая гамма-лучи высоких энергий.

Согласно расчетам, их т можно будет зарегистрировать с помощью гамма-телескопов. Правда, «увидеть» удастся лишь часть гамма-лучей – те, что образуются с того края черной дыры, который вращается по направлению к земному наблюдателю. Особенно сильным свечение будет по центру такого края, соответствующему экватору черной дыры. Другой ее край, вращающийся в направлении от нас, будет испускать гамма-лучи от аннигиляции частиц в другую сторону. Следя за черными дырами с помощью достаточно эффективных гамма-телескопов, земной наблюдатель должен увидеть асимметричное свечение в гамма-диапазоне.

_{nplus1.ru, 24 июня15, Александр Березин}

_{https://nplus1.ru/news/2015/06/24/an}

_{The Astrophysical Journal, 2015}

_{Джереми Шниттман (Jeremy Schnittman) из Центра управления полетами им. Годдарда (NASA)}

_{http://arxiv.org/pdf/1506.06728v1.pdf}