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暗物質可能有助於解決黑洞的最終秒差距問題
當星系碰撞時﹐它們的超大質量黑洞進入引力之舞﹐逐漸繞著彼此越來越近﹐直到最終合併。我們知道它們合併是因為我們看到了由此產生的引力怪獸﹐我們還探測到了它們在吸入時發出的引力波。但是他們最終完婚的細節仍然是個謎。現在﹐這個謎團的一部分可以通過一點暗物質來解決。
正如著名的三體沒有牛頓引力的一般解析解一樣﹐兩體問題在廣義相對論中也沒有一般解。因此﹐我們不得不求助於計算機模擬來模擬黑洞如何相互環繞並最終合併。對於距離相對較遠的二元黑洞﹐我們的模擬效果非常好﹐但是當黑洞相互靠近時事情就變得複雜了。愛因斯坦的方程是非線性的﹐對強相互作用黑洞的動力學建模是很困難。因此﹐我們所做的模擬並沒有顯示黑洞合併。取而代之的是﹐它們吸氣直到它們相距大約一秒差距﹐然後穩定下來。這就是所謂的最終parsec問題。
解決這個問題的一個想法是在混合物中引入暗物質。畢竟﹐根據標準宇宙模型﹐冷暗物質幾乎無處不在﹐因此它很可能在超大質量黑洞的合併中發揮作用。但到目前為止﹐冷暗物質似乎不是答案。使用它的模擬和單獨的廣義相對論有同樣的最終parsec問題。
在這項新的研究中﹐研究小組考慮了暗物質的一種變體﹐稱為模糊暗物質。它類似於標準的冷暗物質﹐只是它由低質量標量粒子組成。由於這些粒子除了重力之外不會相互作用﹐它們不會以與常規暗物質完全相同的方式聚集﹐因此具有更加「模糊」的分佈。
模糊暗物質最初被提出來是為了解決矮星系的尖點問題﹐這是暗物質的一個弱點。在這裡研究人員表明模糊暗物質可以增加黑洞的軌道衰變率﹐特別是最大的超大質量黑洞。這可以解釋我們在一些橢圓星系中心觀察到的一些怪物。但是這項工作並沒有證明模糊暗物質就是解決方案。可以說﹐吸入黑洞的最後階段的細節仍然有些模糊。需要對超大質量黑洞的直接觀察來證明或排除這個想法。幸運的是未來的NANOGrav觀測﹐或者計劃中的LISA引力波天文台的觀測﹐應該可以看到這樣的合併。那麼我們對宇宙中最大的黑洞是如何合併的理解就不會那麼模糊了。
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