اكتشف العلماء أدلة غير مباشرة على وجود كميات كبيرة من المادة المظلمة غير المرئية تحيط بالثقوب السوداء، هذا الاكتشاف، إذا تم تأكيده، يمكن أن يمثل اختراقًا كبيرًا في أبحاث المادة المظلمة.
وتشكل المادة المظلمة حوالي 85٪ من كل المادة في الكون، لكنها تكاد تكون غير مرئية تمامًا لعلماء الفلك، هذا لأنه، على عكس المادة التي تتكون منها النجوم والكواكب وكل شيء آخر من حولنا، فإن المادة المظلمة لا تتفاعل مع الضوء ولا يمكن رؤيتها.
ولحسن الحظ، تتفاعل المادة المظلمة بالجاذبية، مما يمكّن الباحثين من استنتاج وجود المادة المظلمة من خلال النظر في تأثيرات الجاذبية على "وكلاء" المادة العادية، في البحث الجديد، استخدم فريق من العلماء من جامعة هونغ كونغ التعليمية (EdUHK) النجوم التي تدور حول الثقوب السوداء في الأنظمة الثنائية مثل هذه الوكلاء.
وراقب الفريق مدارات نجمين تتحلل، أو تتباطأ قليلاً، بحوالي 1 مللي ثانية في السنة أثناء التحرك حول الثقوب السوداء المصاحبة لهما، المعينين A0620–00 و XTE J1118 + 480 ، اكتشف الفريق إلى أن التباطؤ كان نتيجة المادة المظلمة المحيطة بالثقوب السوداء والتي ولدت احتكاكًا كبيرًا وسحبًا على النجوم أثناء قيامهم بالجلد حول شركائهم ذوي الكتلة العالية.
وباستخدام المحاكاة الحاسوبية لأنظمة الثقب الأسود، طبق الفريق نموذجًا واسع الانتشار في علم الكونيات يسمى نموذج الاحتكاك الديناميكي للمادة المظلمة، والذي يتنبأ بفقدان معين للزخم على الأجسام التي تتفاعل جاذبيًا مع المادة المظلمة، وفقاً لموقع space.
كشفت عمليات المحاكاة أن معدلات الانحلال المداري المرصودة تطابق تنبؤات نموذج الاحتكاك، ومعدل الانحلال المداري الملحوظ أكبر بحوالي 50 مرة من التقدير النظري لحوالي 0.02 مللي ثانية من الاضمحلال المداري سنويًا للأنظمة الثنائية التي تفتقر إلى المادة المظلمة.
قال تشان مان هو قائد الفريق وأستاذ مشارك في قسم العلوم والدراسات البيئية في EdUHK، "هذه هي الدراسة الأولى من نوعها لتطبيق نموذج الاحتكاك الديناميكي، في محاولة للتحقق من وجود المادة المظلمة المحيطة بالثقوب السوداء وإثبات وجودها".
تساعد نتائج الفريق، التي نُشرت في 30 يناير في مجلة Astrophysical Journal Letters على تأكيد نظرية طويلة الأمد في علم الكونيات مفادها أن الثقوب السوداء يمكنها ابتلاع المادة المظلمة التي تقترب منها بدرجة كافية.
أوضح تشان أن المحاولات السابقة لدراسة المادة المظلمة حول الثقوب السوداء اعتمدت على انبعاث ضوء عالي الطاقة على شكل أشعة جاما، أو تموجات في الفضاء تعرف باسم موجات الجاذبية، وتنتج هذه الانبعاثات عن تصادم الثقوب السوداء والاندماج الناتج عنها، وهو حدث نادر في الكون يمكن أن يترك علماء الفلك ينتظرون وقتًا طويلاً للحصول على بيانات كافية.
يمنح هذا البحث العلماء طريقة جديدة لدراسة المادة المظلمة الموزعة حول الثقوب السوداء والتي قد تساعدهم على أن يكونوا أكثر نشاطًا في بحثهم، ويعتزم فريق EdUHK البحث عن أنظمة ثنائية للثقب الأسود مماثلة لدراستها في المستقبل.
وأضاف تشان: "تقدم الدراسة اتجاهًا جديدًا مهمًا لأبحاث المادة المظلمة في المستقبل، في مجرة درب التبانة وحدها، هناك ما لا يقل عن 18 نظامًا ثنائيًا شبيهًا بموضوعات البحث لدينا، والتي يمكن أن توفر معلومات غنية للمساعدة في كشف لغز المادة المظلمة."