Voor het eerst hebben wetenschappers mogelijk indirect bewijs ontdekt dat er een grote hoeveelheid onzichtbare donkere materie omheen zit zwarte gaten. De ontdekking, indien bevestigd, zou een grote doorbraak kunnen zijn in de studie van donkere materie.
Donkere materie maakt ongeveer 85% uit van alle materie in het universum, maar is bijna volledig onzichtbaar voor astronomen. Dit komt omdat, in tegenstelling tot de materie waaruit sterren, planeten en alles om ons heen bestaat, donkere materie geen interactie heeft met licht en niet kan worden gezien.
Gelukkig heeft donkere materie een wisselwerking met de zwaartekracht, waardoor onderzoekers de aanwezigheid van donkere materie kunnen afleiden door te kijken naar het zwaartekrachteffect ervan op een "proxy" van gewone materie. In een nieuwe studie gebruikte een team van wetenschappers van de Education University of Hong Kong sterren die in een baan om zwarte gaten in binaire systemen cirkelen als zulke 'proxy's'.
Het team zag hoe de banen van de twee sterren met ongeveer 1 milliseconde per jaar vertraagden of enigszins vertraagden terwijl ze rond hun begeleidende zwarte gaten, genaamd A0620-00 en XTE J1118+480, bewogen. Het team concludeerde dat de vertraging het gevolg was van het feit dat donkere materie de zwarte gaten overspoelde en aanzienlijke wrijving en zwaartekracht veroorzaakte voor de sterren terwijl ze rond hun massievere partners cirkelden.
Met behulp van computersimulaties van systemen met zwarte gaten paste het team het dynamische wrijvingsmodel van donkere materie toe, dat veel wordt gebruikt in de kosmologie, waarbij wordt uitgegaan van een zeker verlies van momentum door objecten die door zwaartekracht interageren met donkere materie. De simulaties toonden aan dat de waargenomen vervalsnelheden van de banen overeenkomen met de voorspellingen van het wrijvingsmodel. De waargenomen snelheid van orbitaal verval is ongeveer 50 keer de theoretische schatting, wat neerkomt op ongeveer 0,02 milliseconden van orbitaal verval per jaar voor dubbelsterren zonder donkere materie.
"Dit is de eerste studie ooit die het 'dynamische wrijvingsmodel' gebruikt om het bestaan van donkere materie rond zwarte gaten te bevestigen en te bewijzen", zegt Jang Man Ho (opent in een nieuw tabblad), groepsleider en universitair hoofddocent van de afdeling Omgeving Natuurwetenschappen en Milieuwetenschappen in uw applicatie.
De resultaten van de studie, gepubliceerd op 30 januari in The Astrophysical Journal Letters, helpen een lang bestaande theorie in de kosmologie te bevestigen dat zwarte gaten donkere materie kunnen absorberen die dicht genoeg bij hen in de buurt komt. Dit leidt tot een herverdeling van donkere materie rond zwarte gaten, waardoor een "dichtheidspiek" in hun directe omgeving ontstaat, die de banen van omringende objecten subtiel kan beïnvloeden.
Chan legde uit dat eerdere pogingen om donkere materie rond zwarte gaten te bestuderen, berustten op de emissie van hoogenergetisch licht in de vorm van gammastraling, of pulsaties in de ruimte die bekend staan als zwaartekrachtgolven. Deze emissies worden veroorzaakt door de botsing en versmelting van zwarte gaten, een zeldzame gebeurtenis in het universum waardoor astronomen lang kunnen wachten op voldoende gegevens.
Dit onderzoek biedt wetenschappers een nieuwe manier om de donkere materie rond zwarte gaten te bestuderen, waardoor ze actiever kunnen zoeken. Het team is van plan in de toekomst te zoeken naar vergelijkbare dubbelsterren met zwarte gaten om te bestuderen.
"Dit onderzoek opent een belangrijke nieuwe richting voor toekomstig onderzoek naar donkere materie," zei Chan. "In slechts één melkwegstelsel, de Melkweg, zijn er minstens 18 binaire systemen vergelijkbaar met de objecten in onze studie, die rijke informatie kunnen bieden die zal helpen het mysterie van donkere materie te ontrafelen."
Lees ook: