Conceito de um artista mostra um material de comer buraco negro de uma estrela próxima. Os investigadores dizem que sua possível rodar matéria escura em torno de um buraco negro poderia emitir raios gama que podiam ser vistos por telescópios. Crédito: Uma concepção artística mostra um material de comer buraco negro de uma estrela próxima.Os investigadores dizem que sua possível rodar matéria escura em torno de um buraco negro poderia emitir raios gama que podiam ser vistos por telescópios.
A matéria escura circulando o ralo de um buraco negro maciço poderia irradiar raios gama que possam ser visíveis a partir da Terra, de acordo com uma nova pesquisa.
A matéria escura é cinco vezes mais abundante no universo do que a matéria normal, mas não emite, reflete ou absorve a luz, tornando-se não apenas escuro, mas inteiramente transparente. Mas se as partículas de matéria escura em torno de buracos negros podem produzir raios gama (luz de alta energia), tais emissões daria aos cientistas uma nova maneira de estudar esse material de misterioso .
O processo responsável por criar os raios gama é um pouco contraditório, porque parece desafiar dois pressupostos comuns: que nada pode escapar de um buraco negro e que não há tal coisa como um almoço grátis. [Imagens de Dark Matter em todo o universo ].
Fuga improvável
Jeremy Schnittman é um astrofísico teórico no Centro de Vôo Espacial Goddard, da NASA, e ele está começando um projeto de olhar através de dados doGamma-ray telescópio espacial Fermi para detectar sinais de luz de alta energia em torno da borda de um buraco negro que poderia ter sido criado por matéria escura.
"Nós realmente estamos apenas começando nesta parte do problema", disse Schnittman."Como um astrofísico teórico, eu não fiz um monte de análise de dados em minha carreira, por isso é um pouco de uma curva de aprendizado para mim. Mas, felizmente, estou rodeado de pessoas aqui na Goddard que são verdadeiros especialistas no Fermi de dados. "
Busca de Schnittman para este sinal matéria escura começou com um programa de computador que ele vem desenvolvendo há cerca de 10 anos.Ele modela em 3D as trajetórias de partículas como eles zip através do espaço perto de um buraco negro, enquanto alguns deles chegar perto o suficiente para orbitar em torno do buraco negro ou em queda.
Pouco mais de um ano atrás, ele decidiu ajustar o programa para modelar partículas de matéria escura. O vídeo resultante mostra como os bits subatômicos pego na atração gravitacional do buraco negro e do redemoinho em torno dele em uma região chamada de ergosfera (onde todas as partículas devem orbitar no sentido da rotação do buraco negro). Algumas das partículas colidem entre si e destruir (também conhecido como aniquilação), e isso produz um par de raios gama.
Estas partículas de luz normalmente poderia cair no buraco negro, impotente contra sua atração gravitacional, se não fosse por uma coisa chamada o processo de Penrose.
Em 1969, o astrofísico Roger Penrose mostrou que, se dois fótons são criados muito perto de um buraco negro, é possível que um deles escapar, enquanto o outro desce. Isso voa contra a idéia comum de que nada pode escapar de um preto buraco, ou pelo menos nada que vá além do "horizonte de eventos "- o ponto em que a força gravitacional é tão forte que nada, nem mesmo a luz, pode sempre exercer força suficiente para fugir.
De acordo com o princípio Penrose, as partículas não são criados para além deste ponto de não retorno, mas em circunstâncias normais, é improvável que qualquer partícula teria qualquer meio de ficar longe do buraco negro. Assim, o processo Penrose ainda muda o destino de pelo menos uma partícula, dando-lhe uma via de fuga.
Em 2009, um grupo de pesquisadores mostraram que o processo de Penrose poderia ser aplicado às partículas de matéria escura que aniquilam e formam dois raios gama. Se as partículas de matéria escura estão aniquilando perto da superfície de um buraco negro, telescópios na Terra poderia detectar os raios gama escapam.
O trabalho de Schnittman usando o modelo de computador 3D tem mostrado muitos mais caminhos que as partículas podem tomar, incluindo alguns que são mais propensos a produzir raios-gama que podem escapar do buraco negro, e com energias ainda mais elevados do que se previa.Uma breve descrição desses resultados foi publicado na revista Physical Review Letters em dezembro passado, e uma descrição mais longa do trabalho foi aceito para o Astrophysical Journal.
Com esses resultados, Schnittman e seus colegas estão agora a olhar para este sinal, embora eles disseram que esperam que ele seja muito fraca em comparação com muitas outras fontes de raios gama . Os pesquisadores estão criando uma lista de galáxias alvo que têm poucas fontes de raios gama e muito buracos negros.
"Quanto maior o buraco negro, maior o sinal", disse Schnittman. "Ele pode ser dimensionado de forma a que o seu buraco negro [massa] sobe por um fator de 10, o sinal esperado vai maneira acima, por algo como um fator de 1.000.
"O primeiro passo foi observar este efeito não é quase certo que vai produzir uma detecção real Mas ele irá fornecer provavelmente o limite superior mais forte neste tipo de processo que já foi visto antes -. A idéia de de alta energia de partículas de matéria escura- reações. Mesmo que é um progresso. " [ O Gamma-Ray Universo em Imagens ]
Almoço grátisAs partículas que escapam ao buraco negro através do processo de
Penrose ão As partículas que escapam ao buraco negro através do processo de
Penrose não só ir livre, mas eles também deixam com mais energia do que eles começaram com. Na verdade, eles têm mais energia do que o par de partículas tinha combinado. Este, ao que parece, é um almoço grátis.
Desde trabalho original de Penrose, os cientistas têm mostrado que não só faz a partícula escapar roubar a energia de seu parceiro (essencialmente empurrando a outra partícula), mas também rouba energia do buraco negro de giro. Cada partícula Penrose que escapa retarda a rotação do buraco negro por um montante muito, muito pequena.
(Quando ele originalmente propôs a idéia, Penrose escreveu que esse fenômeno poderia ser usado por uma sociedade avançada como um depósito de lixo de produção de energia, em que o lixo serve como a partícula que cai no buraco negro, produzindo um fluxo de partículas de alta energia que escapa.)
Schnittman disse que ele é reservado em suas esperanças de encontrar um sinal de matéria escura no Fermi dados. Não só vai ser difícil ver um pequeno sinal de tal entre o barulho de raios gama no universo, mas a existência do sinal também depende de um grande desconhecido: se ou não as partículas de matéria escura criar raios gama quando elas se aniquilam .
O fato é que os cientistas não sabem o que a matéria escura é feita de , e eles não sabem se as partículas de matéria escura aniquilará na maneira que o modelo de Schnittman prevê, se o fizerem em tudo. Então, se Schnittman fez encontrar um sinal, isso significaria um grande avanço no estudo da natureza da matéria escura.
"Esse é um tipo Prêmio Nobel de coisas", disse Schnittman. "É um tiro longo, mas seria uma tremenda recompensa se encontramos confirmação real de aniquilação matéria escura . "
Nota do Editor : Este artigo foi actualizado para corrigir o seguinte erro: papel original de Roger Penrose sobre o processo de Penrose foi publicado em 1969, não 1971.
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