Сигнал із 2019 року може змінити фізику – вчені побачили натяк на темну матерію

Фізики зі США, Великої Британії та кількох європейських наукових центрів заявили про потенційно сенсаційне відкриття: темна матерія могла бути випадково зафіксована ще у 2019 році. Йдеться про повторний аналіз даних гравітаційних хвиль – слабких коливань простору-часу, які виникають під час грандіозних космічних катастроф, таких як зіткнення чорних дір. Про це пише Science Alert.

Як чорні діри можуть допомогти знайти невидиму речовину?

Темна матерія залишається однією з найбільших загадок сучасної фізики. Хоча її ніхто ніколи безпосередньо не спостерігав, вчені переконані в її існуванні через її гравітаційний вплив на галактики та великомасштабну структуру Всесвіту.

За сучасними оцінками, саме темна матерія може становити приблизно 85% усієї матерії у Всесвіті. Водночас її природа досі невідома.

Одна з популярних теоретичних моделей припускає, що вона складається з надлегких частинок. У певних екстремальних умовах, зокрема поблизу чорних дір, ці частинки можуть поводитися не як окремі об'єкти, а як хвильове поле, що формує щільні хмари. Саме цю ідею й перевірили дослідники. Результати нового дослідження, опубліковано в журналі Physical Review Letters. Вони пропонують незвичний підхід до пошуку темної матерії – через аналіз середовища, в якому відбуваються злиття чорних дір.

Хочете щодня читати оперативні та якісні новини Додайте 24 Канал у вибрані в Google Додати

Фізик Родріго Вісенте з University of Amsterdam пояснив: "Використання чорних дір для пошуку темної матерії було б фантастичним. Це дозволило б досліджувати темну матерію на набагато менших масштабах, ніж будь-коли раніше".

Що побачили у сигналах гравітаційних хвиль?

Ідея базується на тому, що чорні діри, які швидко обертаються, здатні "затягувати" навколишній простір-час. Якщо навколо них існує хмара темної матерії, її взаємодія з цим викривленим середовищем може змінювати характер зближення чорних дір.

Такі зміни залишають специфічний "відбиток" у гравітаційних хвилях.

Щоб перевірити це, команда створила комп'ютерну модель, яка показує, як виглядав би сигнал від злиття чорних дір усередині щільної хмари темної матерії, а потім порівняла її з реальними даними.

Для аналізу використали 28 подій, зафіксованих міжнародною мережею детекторів LVK, до якої входять обсерваторії LIGO у США, Virgo в Італії та KAGRA у Японії.

27 сигналів відповідали звичайним моделям злиття у вакуумі.

Однак одна подія, зафіксована в липні 2019 року та позначена як GW190728, продемонструвала характеристики, які можуть вказувати на зіткнення всередині щільної хмари темної матерії.

Попри захопливі результати, самі автори дослідження закликають до обережності. Фізик Джосу Ауррекоетчеа з Massachusetts Institute of Technology наголосив: "Статистична значущість цього результату недостатньо висока, щоб стверджувати про виявлення темної матерії. Необхідні додаткові перевірки незалежними групами".

Водночас він підкреслив, що без подібних моделей наука може просто не помічати такі події, автоматично класифікуючи їх як звичайні злиття у порожньому просторі. Це означає, що потенційні сигнали темної матерії можуть уже міститися в архівах спостережень.

Пошук темної матерії залишається надзвичайно складним ще й тому, що вчені досі не знають, яку саме форму вона може мати. Існують десятки гіпотез: від масивних слабковзаємодіючих частинок до первинних чорних дір, що утворилися в перші миті після Великого вибуху.

Є навіть радикальна версія, згідно з якою темної матерії взагалі не існує, а сучасні моделі гравітації просто потребують перегляду. Саме тому новий підхід через гравітаційні хвилі може відкрити абсолютно новий шлях дослідження.

Чому це відкриття важливе?

Від першого прямого виявлення гравітаційних хвиль у 2015 році фізики зареєстрували вже сотні подібних подій. Кожна з них містить інформацію про масу, швидкість і природу космічних об'єктів, що брали участь у зіткненні.

Тепер вчені припускають, що ці сигнали можуть розповісти значно більше – зокрема допомогти знайти невидиму матерію, яка, ймовірно, формує каркас усього Всесвіту.

Якщо подальші перевірки підтвердять результати аналізу події GW190728, це може стати одним із найважливіших проривів у фундаментальній фізиці за останні десятиліття.