Bild https://news.vt.edu En konstnärs avbildning av miljön nära ett supermassivt svart hål där endast synlig materia ses. I en ny studie antyds att det svarta hålet också kan vara omgivet av en sfärisk gloria av osynlig mörk materia. Illustration med tillstånd av Adobe Stock.
Vi närmar oss en punkt där observationsbevisen för mörk materia helt enkelt är obestridliga," beskriver Mayank Sharma, fysikstudent vid Virginia Tech.
Varje ny upptäckt lär oss mer om den mörka materian som vida överstiger all synlig materia i universum. Den enda kända kraft som påverkar detta är gravitation och mörk materia samlas som ett allt tjockare moln av som kan ses som svart rök (dock osynligt för oss) runt supermassiva svarta hål.
Med hjälp av en astrofysisk teknik kallad ekokartläggning lade forskarna fram bevis som stödjer denna teori som länge hållits som riktig men inte kunnat bevisas i partikelfysiken. Gravitationen drar i allt och i universum rusar stjärnor och galaxer i rasande fart mycket, mycket snabbare än de borde, och denna expansionsgastighet av universum ökar och ökar.
Expansionen av universum kommer kommer ur gravitationen av osynlig mörk materia (men säkert även av mörk energi enligt mig).
Den extra hastigheten pekar på mörk materians inflytande över de enorma avstånden över universum. Men vad händer vid randen till ett svart hål? Svarta hål är områden i rymden där gravitationen är så stark att den drar och vrider själva rumtidens väv.
Forskare kan se vanlig materia falla mot ett svart hål. Damm, gas och plasma slår runt i en bullrig ackretionsskiva orsakar friktion, förlorar rörelsemängd och dras i spiralform inåt i det svarta hålet.
Men mörk materia skakar inte om. Den kan inte interagera med sig själv eller med synlig materia. Allt den påverkas av är gravitation. Utan någon mekanism för att avge energi förutspår teorin att mörk materia helt enkelt svävar tätt i utkanten av ett svart hål men detta beteende inte kan observeras med vanliga teleskop.
När han diskuterade problemet med Gonzalo Herrera, en tidigare postdoktoral forskare i partikelfysik vid Virginia Tech, såg Sharma en möjlig väg framåt.
"Vi skulle faktiskt kunna testa denna förutsägelse med hjälp av en teknik inom astronomi, som kan mäta avståndet till den omgivande gasen genom att leta efter ljusekon." Ljuseko, är känt som efterklangskartläggning och är en väletablerad teknik för att mäta massan av svarta hål.
När material faller mot ett svart hål frigörs en energiexplosion som får ackretionsskivan att pulsera. Ljuspulsen färdas utåt tills den träffar omgivande gas som absorberar och återutsänder ljuset i en sekundär puls likt ett eko.
Astronomer upptäcker den initiala blixten och efter en fördröjning, dess eko.
Eftersom ljuset färdas med konstant hastighet avslöjar fördröjningen gasens avstånd från det svarta hålet. Den initiala signalen innehåller också fingeravtryck från det svarta hålet, där intensiv värme och strålning tar bort gasen från elektroner. Denna effekt är mindre uttalad i ekosignalen som är längre bort från det svarta hålet.
Genom att jämföra signalerna kan forskare använda det matematiska sambandet mellan avstånd, ljushastighet och massa för att beräkna hur mycket mörk materia som omger det svarta hålet.
Genom att tillämpa denna metod på 14 avlägsna galaxer fann teamet fem fall där massan ökade med avståndet som var snabbare än vad synlig materia ensam kunde ge som förklaring.
"Dessa galaxer visar definitivt en antydan om att det finns extra material som inte kan förklaras av bara det supermassiva svarta hålet," beskriver Sharma.
Databegränsningar innebär att resultaten är ett konceptbevis, inte en definitiv upptäckt, men studien visar en tydlig väg till bekräftelse. Om närvaron av mörk materia bekräftas i framtida studier måste astronomer ta hänsyn till dess effekter i sina studier av supermassiva svarta hål ochmiljön där. Å andra sidan, om teorin utesluts, måste partikelfysiker gå tillbaka till ritbordet för att förstå vad mörk materia är.
Den studien är publicerad i Physical Review Journals.
