Studiuesit kanë gjetur një lidhje ndërmjet disa prej objekteve më të mëdha dhe më të vogla në kozmos: vrimat e zeza supermasive dhe grimcat e materies së errët.
Llogaritjet e tyre të reja zbulojnë se çiftet e vrimave të zeza supermasive (SMBHs) mund të bashkohen në një vrimë të zezë më të madhe për shkak të sjelljes së mëparshme të anashkaluar të grimcave të materies së errët, duke propozuar një zgjidhje për “problemin e parsekut të fundit” në astronomi.
Kërkimi është përshkruar në “Materia e errët me vetë-veprimin zgjidh problemin e parsekut të fundit të bashkimeve të vrimave të zeza supermasive,” botuar këtë muaj në revistën Physical Review Letters.
Në vitin 2023, astrofizikantët njoftuan zbulimin e një “gumëzhitjeje” të valëve gravitacionale që përshkojnë universin. Ata hipotezuan se ky sinjal i sfondit emanonte nga miliona çifte bashkuese të SMBH-ve, secila miliarda herë më masive se dielli ynë.
Megjithatë, simulimet teorike treguan se kur çiftet e këtyre objekteve kolosale spirale afrohen më shumë, qasja e tyre ndalet kur janë afërsisht një parsek larg—një distancë prej rreth tre vite dritë—duke penguar kështu bashkimin.
Jo vetëm që ky “problem i parsekut të fundit” ishte në kundërshtim me teorinë se bashkimi i SMBH-ve ishte burimi i sfondit të valëve gravitacionale, ai ishte gjithashtu në kundërshtim me teorinë se SMBH-të rriten nga bashkimi i vrimave të zeza më pak masive.
“Ne tregojmë se përfshirja e efektit të mëparshëm të anashkaluar të materies së errët mund të ndihmojë vrimat e zeza supermasive të kapërcejnë këtë parsek të fundit të ndarjes dhe të bashkohen,” thotë bashkëautor i punimit Gonzalo Alonso-Álvarez, një studiues postdoktoral në Departamentin e Fizikës në Universitetin e Torontos dhe në Departamentin e Fizikës dhe Institutin e Hapësirës Trottier në Universitetin McGill. “Llogaritjet tona shpjegojnë se si kjo mund të ndodhë, në kontrast me atë që mendohej më parë.”
Bashkautorët e punimit përfshijnë Profesorin James Cline nga Universiteti McGill dhe Departamenti i Fizikës Teorike të CERN-it në Zvicër dhe Caitlyn Dewar, një studente e masterit të shkencave në fizikë në McGill.
SMBH-të mendohet se ndodhen në qendrat e shumicës së galaktikave dhe kur dy galaktika përplasen, SMBH-të bien në orbitë rreth njëra-tjetrës. Ndërsa rrotullohen rreth njëra-tjetrës, tërheqja gravitacionale e yjeve të afërt i tërheq dhe i ngadalëson ato. Si rezultat, SMBH-të spirale drejt një bashkimi.
Modelet e mëparshme të bashkimit treguan se kur SMBH-të afroheshin në një distancë afërsisht një parsek, ata fillojnë të ndërveprojnë me renë ose halon e materies së errët në të cilën janë të vendosur. Ata tregonin se graviteti i SMBH-ve spirale hedh grimcat e materies së errët jashtë sistemit dhe rezultati i rrallimit të materies së errët do të thotë se energjia nuk tërhiqet nga çifti dhe orbitat e tyre të ndërsjella nuk zvogëlohen më.
Ndërsa ato modele e injoruan ndikimin e materies së errët në orbitat e SMBH-ve, modeli i ri nga Alonso-Álvarez dhe kolegët e tij zbulon se grimcat e materies së errët ndërveprojnë me njëra-tjetrën në një mënyrë që ato nuk shpërndahen. Dendësia e halos së materies së errët mbetet mjaft e lartë që ndërveprimet ndërmjet grimcave dhe SMBH-ve të vazhdojnë të degradojnë orbitat e SMBH-ve, duke hapur një rrugë drejt një bashkimi.
“Mundësia që grimcat e materies së errët të ndërveprojnë me njëra-tjetrën është një supozim që bëmë, një përbërës shtesë që nuk përmbajnë të gjitha modelet e materies së errët,” thotë Alonso-Álvarez. “Argumenti ynë është se vetëm modelet me atë përbërës mund të zgjidhin problemin e parsekut të fundit.”
Gumëzhitja e sfondit e krijuar nga këto përplasje kolosale kozmike përbëhet nga valë gravitacionale me gjatësi vale shumë më të gjatë se ato të zbuluara për herë të parë në vitin 2015 nga astrofizikantët që operonin Observatorin e Interferometrit të Valëve Gravitacionale (LIGO). Ato valë gravitacionale u krijuan nga bashkimi i dy vrimave të zeza, secila rreth 30 herë më masive se dielli.
Gumëzhitja e sfondit është zbuluar vitet e fundit nga shkencëtarët që operojnë Rrjetin e Kohëmatjes së Pulsarëve (Pulsar Timing Array). Ky rrjet zbulon valë gravitacionale duke matur ndryshimet e minutave në sinjalet nga pulsarët, yje neutronë që rrotullohen shpejt dhe që emetojnë impulse të forta radio.
“Një parashikim i propozimit tonë është se spektri i valëve gravitacionale të vëzhguara nga rrjetet e kohëmatjes së pulsarëve duhet të zbutet në frekuenca të ulëta,” thotë Cline. “Të dhënat aktuale tashmë sugjerojnë këtë sjellje dhe të dhëna të reja mund ta konfirmojnë atë në vitet e ardhshme.”
Përveç ofrimit të njohurive për bashkimet e SBMH-ve dhe sinjalin e sfondit të valëve gravitacionale, rezultati i ri ofron gjithashtu një dritare në natyrën e materies së errët.
“Puna jonë është një mënyrë e re për të na ndihmuar të kuptojmë natyrën grimcore të materies së errët,” thotë Alonso-Álvarez. “Ne gjetëm se evolucioni i orbitave të vrimave të zeza është shumë i ndjeshëm ndaj mikro-fizikës së materies së errët dhe kjo do të thotë se ne mund të përdorim vëzhgimet e bashkimeve të vrimave të zeza supermasive për të kuptuar më mirë këto grimca.”
Për shembull, studiuesit gjetën se ndërveprimet ndërmjet grimcave të materies së errët që modeluan gjithashtu shpjegojnë format e halove të materies së errët galaktike.
“Ne gjetëm se problemi i parsekut të fundit mund të zgjidhet vetëm nëse grimcat e materies së errët ndërveprojnë me një ritëm që mund të ndryshojë shpërndarjen e materies së errët në shkallë galaktike,” thotë Alonso-Álvarez. “Kjo ishte e papritur pasi shkallët fizike në të cilat ndodhin proceset janë tre ose më shumë shtresa madhësie larg. Kjo është emocionuese.”
Më shumë informacione: Gonzalo Alonso-Álvarez et al, Self-Interacting Dark Matter Solves the Final Parsec Problem of Supermassive Black Hole Mergers, Physical Review Letters (2024). DOI: 10.1103/PhysRevLett.133.021401
Zhurnali ku u botua: Physical Review Letters
