Нов метод показва как тъмната материя влияе на гравитационните вълни от черните дупки

Ваня Милева Последна промяна на 06 January 2026 в 00:00 4372 0

Илюстрация на свръхмасивни двойни системи от черни дупки в ядрата на галактиките и гравитационните вълни, които те произвеждат.

Кредит NANOGrav/Olena Shmahalo
Илюстрация на свръхмасивни двойни системи от черни дупки в ядрата на галактиките и гравитационните вълни, които те произвеждат.

Ново изследване на учени от Амстердамския университет показва как гравитационните вълни от черните дупки могат да бъдат използвани за разкриване на наличието на тъмна материя и определяне на нейните свойства. Това осигурява нов модел, базиран на Общата теория на относителността на Айнщайн, който прецизно проследява взаимодействието на една черна дупка с околната материя.

Изследователи от Института по физика (IoP) към Университета на Алабама и "Центъра за върхови постижения в астрофизиката на гравитацията и частиците" GRAPPA в Амстердам са публикували резултатите си в списание Physical Review Letters. В своята статия те представят подобрен начин за моделиране на това как тъмната материя около черните дупки влияе на гравитационните вълни, излъчвани от тези системи.

Когато две черни дупки обикалят една около друга и се сливат, те излъчват гравитационни вълни, които могат да бъдат засечени от инструменти на Земята. Чрез детайлно изучаване на формата на тези вълни, учените могат да изследват средата около черните дупки и в бъдеще да научат повече за разпределението и фундаменталната природа на тъмната материя. Кредит: ESA

Спирали с екстремно съотношение на масите

Изследването се фокусира върху така наречените спирали с екстремно съотношение на масите, или EMRI (extreme mass-ratio-inspirals): системи, в които относително малък, компактен обект – например черна дупка, създадена от колапса на една звезда – обикаля около много по-масивна черна дупка, обикновено намираща се в центъра на галактиката, и бавно се върти спираловидно към нея. Докато се върти спираловидно навътре, по-малкият обект излъчва дълъг гравитационно-вълнов сигнал.

Очаква се бъдещи космически мисии, като например космическата антена LISA на Европейската космическа агенция, планирана за изстрелване през 2035 г., да записват тези сигнали в продължение на месеци или дори години, проследявайки стотици хиляди до милиони орбитални цикли. Ако бъдат моделирани точно, тези "космически отпечатъци" биха могли да разкрият как материята – особено мистериозната тъмна материя, за която се смята, че съставлява по-голямата част от материята на Вселената – е разпределена в непосредствена близост до масивни черни дупки.

Fully Relativistic Treatment of Extreme Mass-Ratio Inspirals in Collisionless Environments. Rodrigo Vicente et. al. https://arxiv.org/abs/2505.09715

[image or embed]

— AstroArxiv (@astroarxiv.bsky.social) November 12, 2025 at 5:50 AM

Релативистичен поглед

Преди мисии като LISA да могат да започнат да събират данни, е изключително важно да се предвиди подробно какви сигнали може да се очаква и как да се извлече колкото се може повече информация от тях. Досега повечето изследвания са разчитали на опростени описания на това как средата влияе на EMRI. Новата статия на физиците от IoP/GRAPPA запълва тази празнина за широк клас среди. Тя предлага първата напълно релативистична рамка – което означава, че използва напълно теорията за гравитацията на Айнщайн, а не по-прости приближения, базирани на Нютоновата гравитация – за да опише как средата около масивна черна дупка влияе на орбитата на EMRI и произтичащите от това гравитационни вълни.

Изследването се фокусира специално върху плътни концентрации на тъмна материя – често наричани "шипове" или "могили" – които могат да се образуват около масивни черни дупки. Чрез вграждане на новото си релативистично описание с усъвършенствани модели на вълнови форми, авторите демонстрират как подобни структури биха оставили измерим отпечатък върху сигналите, записани от бъдещи детектори. Тази работа представлява фундаментална стъпка в дългосрочна програма, която има за цел да използва гравитационни вълни за картографиране на разпределението на тъмната материя във Вселената и да хвърли светлина върху нейната фундаментална природа.

Справка: Fully Relativistic Treatment of Extreme Mass-Ratio Inspirals in Collisionless Environments, Rodrigo Vicente, Theophanes K. Karydas en Gianfranco Bertone. Phys. Rev. Lett. 135 (2025) 211401. Open access arXiv: arXiv:2505.09715.

Източник: Decoding dark matter’s imprint on black-hole gravitational waves, University of Amsterdam

Виж още за:
    Най-важното
    Всички новини

    Още от Космос

    Коментари

    За писането на коментар е необходима регистрация.
    Моля, регистрирайте се от TУК!
    Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!

    Няма коментари към тази новина !