Karanlık Madde, Kara Delikler İçin Nihai Parsek Sorununun Çözülmesine Yardımcı Olabilir

Galaksiler çarpıştığında, süper kütleli kara delikleri yerçekimsel bir dansa girer ve sonunda birleşene kadar yavaş yavaş birbirlerinin çevresinde dönerler. Birleştiklerini biliyoruz çünkü ortaya çıkan yerçekimsel canavarları görüyoruz ve dönerken yaydıkları yerçekimsel dalgaları tespit ettik. Ancak nihai tamamlanmalarının ayrıntıları bir sır olarak kalıyor. Şimdi yeni bir makale, bu bulmacanın bir kısmının biraz karanlık madde kullanılarak çözülebileceğini öne sürüyor.

Tıpkı ünlü üç cisim probleminin Newton yerçekimi için genel bir analitik çözümü olmadığı gibi, iki cisim probleminin de genel görelilik için genel bir çözümü yoktur. Bu yüzden kara deliklerin birbirinin etrafında nasıl döndüğünü ve sonunda nasıl birleştiğini modellemek için bilgisayar simülasyonlarına başvurmamız gerekiyor. Nispeten geniş bir şekilde ayrılmış ikili kara delikler için simülasyonlarımız gerçekten iyi çalışıyor, ancak kara delikler birbirine yakın olduğunda işler karmaşıklaşıyor. Einstein’ın denklemleri oldukça doğrusal değildir ve güçlü bir şekilde etkileşen kara deliklerin dinamiklerini modellemek zordur.

Sonuç olarak simülasyonlarımız kara delik birleşmelerini göstermiyor. Bunun yerine, aralarında yaklaşık bir parsek mesafe kalana kadar bükülürler ve sonra dengelenirler. Bu, nihai parsek problemi olarak bilinir. Sorunu çözmenin bir yolu da karışıma karanlık maddeyi dahil etmektir. Sonuçta, standart kozmolojik modele göre soğuk karanlık madde hemen hemen her yerdedir, dolayısıyla süper kütleli kara deliklerin birleşmesinde rol oynaması muhtemeldir. Ancak şu ana kadar soğuk karanlık maddenin çözüm olmadığı görülüyor. Kullandığınız simülasyon, tek başına genel görelilik ile aynı nihai parsek problemine sahiptir.

Bu yeni çalışmada ekip, karanlık madde olarak bilinen karanlık maddedeki çeşitliliği dikkate alıyor. Gizemli karanlık madde. Düşük kütleli skaler parçacıklardan oluşması dışında standart soğuk karanlık maddeye benzer. Bu parçacıklar birbirleriyle yerçekimi dışında herhangi bir şeyle etkileşime girmeyeceklerinden, normal karanlık madde gibi aynı şekilde bir araya toplanmayacaklar ve dolayısıyla daha “bulanık” bir dağılıma sahip olmayacaklar.

Gizemli karanlık maddenin ilk olarak bilinen şeyi işlemesi önerildi. Cusp sorunu Cüce galaksiler karanlık madde için zayıf bir noktadır. Burada araştırmacılar, gizemli karanlık maddenin kara deliklerin, özellikle de en büyük süper kütleli kara deliklerin yörünge bozunma oranını artırabildiğini gösteriyor. Bu, bazı eliptik galaksilerin çekirdeklerinde gözlemlediğimiz bazı canavarları açıklayabilir.

Ancak çalışma, cevabın gizemli karanlık madde olduğunu kanıtlamıyor. Sarmal kara deliklerin son aşamasının ayrıntıları hâlâ biraz gizemli. Bu fikri kanıtlamak veya çürütmek için süper kütleli kara deliklerin doğrudan gözlemlenmesi gerekecek. Neyse ki gelecekteki NANOGrav gözlemleri veya planlanan LISA yerçekimsel dalga gözlemevinin gözlemleri bu tür birleşmeleri görebilmelidir. Dolayısıyla evrendeki en büyük kara deliklerin nasıl birleştiğine dair anlayışımız tamamen gizemli olmayacak.

referans: Ko, Hyunmoo ve diğerleri. “Kara delik ile hafif karanlık maddenin birleşmesinden kaynaklanan nihai parsek problemi“. arXiv ön baskısı arXiv:2311.03412 (2023).