Исследователи хотят использовать гравитационные волны для изучения темной материи

Дядя Влад

Когда два достаточно массивных объекта сталкиваются — например, когда сливаются две черные дыры — силы могут искривлять пространство-время, создавая рябь, называемую гравитационными волнами . Эти гравитационные волны можно обнаружить даже с расстояния в миллионы световых лет, что позволяет узнавать о далеких драматических событиях в далеких частях Вселенной. И вот, группа астрономов придумала метод использования гравитационных волн для изучения загадочного явления темной материи.

Идея исследования заключалась в создании различных компьютерных моделей того, как будут выглядеть гравитационные волны от слияний черных дыр во вселенных с различными типами темной материи. Сравнивая модели с тем, что наблюдается в реальном мире, мы можем узнать больше о том, какой тип темной материи наиболее вероятен.

Концепция художника показывает две сливающиеся черные дыры, подобные обнаруженным LIGO.
Концепция художника показывает две сливающиеся черные дыры, подобные обнаруженным LIGO. Черные дыры вращаются неравномерно, что означает, что они имеют разную ориентацию по отношению к общему орбитальному движению пары. LIGO обнаружил намеки на то, что по крайней мере одна черная дыра в системе под названием GW170104 не выровнялась по орбите до того, как слилась со своим партнером. ЛИГО/Калифорнийский технологический институт/МТИ

Ученые знают, что темная материя не взаимодействует со светом, но некоторые считают, что она может взаимодействовать с частицей типа нейтрино. Это означает, что столкновения нейтрино могут помешать формированию темной материи структур, которые являются основой для галактик, поэтому эти частицы могут помешать формированию галактик. Если бы мы смогли найти эти «пропавшие» галактики, это поддержало бы идею о том, что нейтрино может влиять на темную материю.

Однако трудно увидеть галактику, которая не сформировалась. Вот почему исследователи предлагают вместо этого использовать в качестве меры гравитационные волны, возникающие при слиянии черных дыр. Чем меньше галактик, тем меньше слияний и, следовательно, меньше гравитационных волн.

Моделирование показывает, что это может быть эффективным методом изучения темной материи. Современные детекторы гравитационных волн недостаточно мощны, чтобы обнаруживать эти небольшие эффекты, но для этой цели можно использовать приборы нового поколения.

«Темная материя остается одной из непреходящих загадок в нашем понимании Вселенной», — сказал в своем заявлении один из исследователей Сонак Боуз из Даремского университета. «Это означает, что особенно важно продолжать поиск новых способов изучения моделей темной материи, комбинируя как существующие, так и новые зонды, чтобы в полной мере проверить предсказания моделей. Астрономия гравитационных волн предлагает путь к лучшему пониманию не только темной материи, но и формирования и эволюции галактик в целом».

Исследование было представлено на Национальном астрономическом собрании 2023 года 5 июля.