Гравитационните вълни могат да разкрият облаци от тъмна материя около черните дупки

Сподели

Тъмната материя е една от най-озадачаващите мистерии на науката, с огромен кръг от заподозрени, които се разследват. В ново проучване астрономите са търсили облаци от хипотетични, ултралеки частици, които могат да се събират около черни дупки и да се представят чрез изпращане на гравитационни вълни.

Цялата материя, която виждаме и взаимодействаме с всеки ден, от хора до планети, представлява само около 15 процента от материята във Вселената. По-голямата част от него е обвързана с тъмна материя, загадъчната субстанция, която изглежда взаимодейства само с обикновената материя чрез своето гравитационно влияние. Какво точно представлява тъмната материя, какви свойства може да има, къде може да бъде намерена и как бихме могли да я открием, са обект на продължаващи спекулации и разследвания.

Свръхлеките бозони са един такъв кандидат. Бозоните са клас частици, който включва фотони и легендарния Хигс бозон, но някои модели предполагат, че може да съществуват неоткрити версии с изключително малки маси. Ако го направят, може да помогнат за запушване на една от най-големите дупки в нашето разбиране за космоса.

„Почти е невъзможно да се открият тези ултралеки бозонни частици на Земята“, казва д-р Лили Сън, съ-водещ автор на изследването. “Частиците, ако съществуват, имат изключително малка маса и рядко взаимодействат с друга материя – което е едно от ключовите свойства, които изглежда притежава тъмната материя.”

И така, за новото изследване, екипът търси в небето вида сигнал, който облаците от свръхлеки бозони биха могли да произведат. Тъй като тъмната материя взаимодейства предимно чрез гравитацията, астрономите се обърнаха към гравитационни вълни – вълни в самата тъкан на пространство-времето.

От 2015 г. са открити десетки сигнали на гравитационни вълни, които обикновено се получават по време на сблъсъци между компактни обекти като черни дупки и неутронни звезди. Но те биха могли да идват и от по-фини явления, генерирайки много по-дълга, по-нежна вълна на определени честоти.

Екипът казва, че ултралеките бозони могат да се събират в облаци около бързо въртящи се черни дупки, където те „влачат“ върху обекта и забавят неговото въртене. В крайна сметка самият облак започва да се свива, тъй като бозоните се анихилират в други частици, което генерира гравитационни вълни с определени детектори за пръстови отпечатъци, които могат да уловят.

Впечатление на художник от черна дупка

Центърът за космически полети Годард на НАСА / Джеръми Шнитман

„Вярваме, че тези черни дупки улавят огромен брой бозонни частици в своето мощно гравитационно поле, създавайки облак, въртящ се заедно с тях“, казва Сън. „Този ​​деликатен танц продължава милиони години и продължава да генерира гравитационни вълни, които се движат в космоса Чрез търсене на гравитационни вълни, излъчвани от тези облаци, може да успеем да проследим тези неуловими бозонни частици и вероятно да разбием кода на тъмната материя.”

За да проверят за тези сигнали, изследователите изследват данните, събрани по време на третото наблюдение на детектора Advanced LIGO. За съжаление такъв сигнал не беше открит, но това не изключва напълно хипотезата. Вместо това, той поставя ограничения върху типа бозони, които биха могли да бъдат включени, както и възрастта и разстоянието на облаците. Тъй като облакът се свива с възрастта, сигналите на гравитационната вълна биха били много по-слаби за старите облаци, отколкото за младите облаци.

„Научихме, че конкретен тип бозонен облак, по-млад от 1000 години, е малко вероятно да съществува никъде в нашата галактика, докато облаците, които са на възраст до 10 милиона години, е малко вероятно да съществуват в рамките на около 3260 светлинни години от Земята“, казва слънце.

По-чувствителните детектори в бъдеще все още могат да открият по-слаби сигнали от по-стари облаци или по-млади, които са по-отдалечени. Или, разбира се, може да правим всичко погрешно и тъмната материя може да е нещо съвсем друго.

Изследването е достъпно на сървъра за предпечат ArXiv.

Източник: Австралийски национален университет

.

Публикациите се превеждат автоматично с google translate


Сподели