Темная материя могла быть обнаружена случайно, утверждают ученые

Возможно, мы случайно обнаружили темную материю еще в 2019 году.

Это потенциально историческое открытие может скрываться в существующих данных о гравитационных волнах – ряби в ткани самого пространства-времени.

Физики из США, Великобритании и Европы предполагают, что если две черные дыры случайно столкнутся, будучи окутаны облаком темной материи, гравитационные волны, которые они посылают по космосу, могут нести отпечаток этого явления.

Когда они применили свою модель к десяткам обнаружений гравитационных волн, они обнаружили одно событие, которое потенциально отвечает всем требованиям.

Это еще далеко от подтверждения, но команда говорит, что это может привести к новому способу исследования как гравитационных волн, так и темной материи.

«Использовать черные дыры для поиска темной материи было бы фантастически», — говорит Родриго Висенте, физик из Амстердамского университета.

«Мы сможет исследовать темную материю в гораздо меньших масштабах, чем когда-либо прежде».

В 1916 году Эйнштейн опубликовал свою общую теорию относительности, которая описывает гравитацию как продукт, связанный с искривлением пространства-времени. Его предсказания позже были подтверждены, одно за другим, посредством наблюдений – но одна мелочь сохранялась почти столетие.

Эйнштейн предсказал, что движения объектов большой массы – скажем, в результате слияния черных дыр или нейтронных звезд – могут вызвать рябь в пространстве-времени со скоростью света.

Только до 2015 года эти гравитационные волны наконец были обнаружены напрямую, и за это десятилетие были зарегистрированы сотни событий. поскольку.

В каждом из них запечатлена информация о самом событии, включая массы задействованных объектов и, как следствие, их личности.

Обычно это слияния черных дыр разных размеров, пары сталкивающихся нейтронных звезд или черные дыры, поглощающие звездные остатки. Другие могут намекать на более экзотические объекты, такие как червоточины и параллельные Вселенные.

Исследователи нового исследования задавались вопросом, может ли другая информация скрываться в сигналах гравитационных волн.

В частности, могут ли они помочь нам решить еще одну давнюю загадку: тайну темной материи, странной материи, которая, по предсказаниям, пронизывает Вселенную и взаимодействует с обычной материей только посредством своего гравитационного влияния.

(Рой и др., Phys. Rev. Lett., 2026)

Одна из моделей описывает темную материю как состоящую из сверхлегких частиц. Эти частицы могут образовывать поле и вести себя коллективно как волна в экстремальных условиях – скажем, вблизи интенсивной гравитации черных дыр.

Уже известно, что вращающиеся черные дыры перетаскивают само пространство-время, поэтому нетрудно предположить, что эта энергия вращения может также влиять на облака темной материи вокруг них.

В свою очередь, эти облака должны изменить динамику двойных черных дыр, когда они сталкиваются друг с другом – и это должно отпечатывать определенные сигнатуры в гравитационных волнах, которые они создают. — говорят исследователи.

Команда смоделировала, какой эффект это явление окажет на сигналы гравитационных волн к тому времени, когда они достигнут наших земных детекторов, и сравнила их со слияниями, которые происходят в среде без большого облака темной материи, нависающего над ней.

Наконец, они применили свою модель к 28 обнаружениям, сделанным сетью обсерваторий гравитационных волн LVK: LIGO в США, Virgo в Италии и KAGRA в Японии. Из них 27 сигналов показали закономерности, возникшие в вакууме.

Но одно событие, обнаруженное в июле 2019 года и получившее обозначение GW190728, продемонстрировало закономерность, соответствующую слиянию пары черных дыр в плотном облаке темной материи.

Это определенно интригующий результат, но исследователи предостерегают от каких-либо серьезных выводов.

«Статистическая значимость этого недостаточно высока, чтобы претендовать на обнаружение. Темной материи, и дальнейшие проверки должны проводиться независимыми группами», — говорит физик Хосу Ауррекоэчеа из Массачусетского технологического института.

«Мы считаем важным подчеркнуть, что без таких моделей формы сигналов, как наша, мы могли бы обнаруживать слияния черных дыр в среде темной материи, но систематически классифицировать их как произошедшие в вакууме».

Связанный: Дикая новая теория предполагает, что гравитационные волны сформировали Вселенная

Конечно, мы до сих пор даже не знаем, какую форму принимает темная материя – возможно, она даже не образует таких облаков. Возможно, темная материя — это WIMPy или MACHO; он может быть самодействующим или инертным; он может взаимодействовать с электромагнетизмом; это могут быть даже крошечные первичные черные дыры.

Или всегда есть вероятность, что ее вообще не существует, и наши модели гравитации нуждаются в модификации.

Чтобы пролить свет на темную материю, потребуется гораздо больше работы.

Новое исследование было опубликовано в журнале Physical Review Letters.