Impressie van botsende zwarte gaten. Credit: Simulating eXtreme Spacetimes (SXS) Project
Het wordt het finale parsec probleem genoemd: als superzware zwarte gaten in twee sterrenstelsels die aan het botsen zijn naar elkaar toe komen dan naderen ze elkaar tót een afstand van ongeveer 1 parsec (da’s 3,2 lichtjaar) en dan vertragen ze en blijven ze vreemd genoeg van elkaar vandaan, zo volgt uit berekeningen. Dynamische wrijving schijnt dat te veroorzaken: die wrijving vertraagt de zwarte gaten voldoende zodat ze een gebonden binair systeem vormen. Verdere dynamische wrijving steelt baanenergie van het paar totdat ze binnen een paar parsecs van elkaar in een baan ronddraaien. Dit proces werpt echter ook materie uit het baanpad, en naarmate de banen kleiner worden, wordt het volume van de ruimte waar de zwarte gaten doorheen gaan kleiner, totdat er zo weinig materie overblijft dat deze binnen de leeftijd van het universum geen fusie kan veroorzaken.
Door fuzzy donkere materie kunnen zwarte gaten sneller naar elkaar toe spiraliseren. Credit: Koo, et al
Waarnemingen laten echter een heel ander beeld zien: zwarte gaten kunnen wel degelijk botsen én samensmelten tot één groter zwart gat, zowel stellaire zwarte gaten als de superzware zwarte gaten in de kernen van sterrenstelsels. Men heeft namelijk al tientallen malen zwaartekrachtgolven ontdekt met LIGO en Virgo die veroorzaakt waren door fuserende zwarte gaten, waarbij de fusie rimpelingen in de ruimtetijd veroorzaakte. Kennelijk is er dus iets met de berekeningen (op grond van Newton’s en Einstein’s zwaartekrachtwetten) aan de hand waardoor de uitkomsten anders zijn dan de waarnemingen. En dat zou best wel eens donkere materie kunnen zijn, wat het verschil uitmaakt tussen theorie en werkelijkheid.
Een team van sterrenkundigen van de Universiteit van Seoel heeft gekeken naar de invloed van ‘fuzzy’ donkere materie op botsende zwarte gaten. Gisteren had ik het ook al over die donkere materie, in de blog over het donkere sterrenstelsel Nube, dat zou kunnen dienen als een natuurlijke detector voor donkere materie. ‘Fuzzy dark matter’ is donkere materie die bestaat uit extreem lichte scalardeeltjes ≈10-²² eV, deeltjes zoals axionen (Axion Like Particles, ALP’s). Van ‘gewone’ donkere materie zoals de zware WIMP’s wordt gedacht dat die naast de zwaartekracht héél af en toe ook op andere manieren kan reageren met gewone materie. Maar fuzzy DM kan dat echt alleen maar via de zwaartekracht, ook onderling, en daarom klompt dit soort DM niet samen zoals WIMP’s wel zouden doen, maar zweeft het los in de ruimte met een soort ‘fuzzy’, een wazige verdeling. En da’s handig bij die superzware zwarte gaten die elkaar aan het naderen zijn, want volgens de berekeningen van Hyeonmo Koo en zijn collega’s zorgt fuzzy DM er voor dat het baanverval van elkaar naderende zwarte gaten versnelt en die invloed is groter naarmate de zwarte gaten zwaarder zijn. Daardoor spiraliseren ze sneller naar elkaar toe. Helemaal over is het finale parsec probleem niet, maar de invloed van de fuzzy DM is er wel en het kan helpen om het probleem helemaal op te lossen.
Meer informatie vind je in het vakartikel van Koo, Hyeonmo, et al. “Final parsec problem of black hole mergers and ultralight dark matter.” arXiv preprint arXiv:2311.03412 (2023).
Bron: Universe Today.
Speak Your Mind