Темная материя, имеющаяся на границах черных дыр, способна излучать гамма-лучи, которые можно увидеть с Земли. Такой неожиданный вывод сделали астрофизики НАСА в рамках нового исследования.

Несмотря на то что темной материи во Вселенной в пять раз больше, чем обычной материи, увидеть ее невозможно ввиду того, что она не выделяет, не отражает и не поглощает свет. Однако, если частицы темной материи, скапливающиеся вокруг черной дыры, могут испускать гамма-лучи, то это даст ученым новую возможность подробнее изучить этот загадочный материал. Процесс, отвечающий за создание подобного гамма-излучения, несколько парадоксален, поскольку противоречит сразу двум общепринятым предположениям: ничто не может вырваться из черной дыры и бесплатный сыр бывает только в мышеловке.

Джереми Шнитман (Jeremy Schnittman), астрофизик-теоретик из Центра космических полетов имени Р. Годдарда, действующего при НАСА, инициировал проект по изучению данных космического гамма-телескопа Ферми, запущенного в космос летом 2008 года. В рамках данного проекта ученые попытаются найти признаки лучей света высокой энергии по краям черной дыры, которые, возможно, испускала темная материя.

Проект Джереми Шнитмана пока находится, по сути, на начальной стадии, хотя поиски признаков темной материи ученый начал еще десять лет назад. Все началось с разработки специальной компьютерной программы, которая моделирует трехмерные траектории движения частиц, проносящихся вблизи черной дыры. Некоторые из них пролетают на очень близком расстоянии и облетают черные дыры по орбите, а некоторые «засасывает» внутрь дыр.

Чуть более года назад Джереми Шнитман решил настроить программу так, чтобы можно было смоделировать движение частиц темной материи. В результате ученые получил видео, на котором видно, как субатомные элементы под влиянием гравитационного притяжения черной дыры начинают закручиваться вокруг области, называемой эргосферой (где все частицы должны двигаться по кругу по направлению к центру черной дыры). Некоторые из частиц сталкиваются и уничтожают друг друга (этот процесс известен под название аннигиляция), что и порождает возникновение пары гамма-лучей.

Эти частицы света должны исчезать в черной дыре, поскольку не могут противостоять ее гравитации, однако этому может препятствовать процесс Пенроуза.
Еще в 1969 году астрофизик Роджер Пенроуз установил, что если два фотона создаются очень близко к черной дыре, один из них поглощается дырой, а второй может избежать этой участи. Это противоречит общепринятой идее о том, что ничто не может «вырваться» из черной дыры, по крайней мере, ничто, что проходит в непосредственной близости от «горизонта событий» (условного радиуса черной дыры, также называемого сферой Шварцшильда). Начиная с этой точки пространства гравитационное притяжение черной дыры становится настолько сильным, что ничто, даже свет, не может ему противостоять.

В соответствии с принципом Пенроуза, частицы возникают не за пределами этой точки невозврата, а в нормальных условиях, что дает возможность для «спасения» по меньшей мере для одной частицы.

В 2009 году группа исследователей доказала, что принцип Пенроуза можно применить к частицам темной материи, которые уничтожают друг друга и образуют два гамма-луча. Если частицы темной материи уничтожаются вблизи поверхности черной дыры, земные телескопы вполне могут засечь «спасшиеся» гамма-лучи.

В настоящее время команда Джереми Шнитмана составляет список галактик для потенциального изучения, преимущественно, с очень массивными черными дырами. Авторы исследования полагают, что чем больше будет сама черная дыра, тем мощнее будет посланный с ее границ гамма-луч.

Кроме того, астрофизики отмечают, что частицы, которым удается сбежать из черной дыры благодаря процессу Пенроуза, высвобождают гораздо больше энергии, чем они имели вначале. Более того, энергии высвобождается больше, чем сумма энергий пары сталкивающихся частиц. Это ученые и назвали «бесплатным сыром». По мнению ученых, ускользающие с границ черной дыры частицы поглощают не только энергию второй частицы, но и часть энергии самой черной дыры, тем самым замедляя ее вращение.

Источник