Физик из РУДН доказал ошибки в популярных моделях гало темной материи

Современная астрофизика активно изучает черные дыры и окружающие их протяженные облака невидимого вещества, известные как гало темной материи. Хотя точная плотность этого компонента Вселенной остается неизвестной, исследователи регулярно используют математические профили для расчета гравитационного линзирования, теней черных дыр и характерных колебаний. Самыми популярными инструментами для таких задач стали профили вроде Наварро — Френка — Уайта, а также модели Burkert и Einasto. Однако проверка этих теоретических конструкций с помощью фундаментальных уравнений Эйнштейна показывает системные сбои.

Кандидат физико-математических наук и доцент РУДН Сергей Болохов опубликовал в научном журнале The European Physical Journal C работу, в которой доказал некорректность распространенных подходов. По словам ученого, применяемые методы моделирования в ряде случаев приводят к принципиально иной физической системе. Полученная геометрия пространства-времени описывает вещество с совершенно другими показателями плотности и давления, нежели те, которые закладывались изначально в расчеты.

Одна из ключевых причин несоответствия кроется в использовании ньютоновской зависимости между массой объекта и скоростью его кругового движения. В условиях слабого гравитационного поля этот подход работает эффективно, но в непосредственной близости от горизонта событий черной дыры классическое приближение перестает корректно передавать свойства пространства. Дополнительной проблемой стало математическое упрощение, при котором две ключевые функции геометрии пространства-времени искусственно приравнивались друг к другу.

Если подставить такие переменные в уравнения Эйнштейна, выясняется, что исследователи вынуждены рассматривать вещество с отрицательным радиальным давлением. При этом традиционная физика рассматривает темную материю как субстанцию с минимальным давлением на фоне колоссальной плотности энергии. В результате астрофизики нередко используют одни исходные условия, но получают модель черной дыры с кардинально отличающимися физическими характеристиками.

Особенно ярко это противоречие проявляется на примере профиля Наварро — Френка — Уайта. Если выведенную для него метрику вернуть в уравнения Эйнштейна, расчетная плотность вещества перестает совпадать с исходными параметрами профиля. Чтобы избежать подобных ошибок, физик предложил проводить обязательную обратную проверку, которая гарантирует соответствие итоговой геометрии исходным свойствам вещества.