Темная материя составляет основную часть всего вещества во Вселенной, однако ее непосредственное обнаружение до сих пор не состоялось — она не излучает свет и не взаимодействует с обычной материей привычным нам образом.
Группа ученых из Амстердамского университета разработала принципиально новый метод изучения неуловимой темной материи — для этого будут использоваться гравитационные волны, исходящие от черных дыр.
Исследователи сосредоточили внимание на особом классе астрономических систем — так называемых экстремальных массах при спиральном сближении. Эти системы возникают, когда сравнительно небольшая черная дыра, образовавшаяся в результате коллапса одиночной звезды, вращается вокруг сверхмассивной черной дыры в центре галактики. Постепенно меньший объект приближается к большему по спирали, и этот медленный процесс продолжается месяцы или даже годы, генерируя непрерывный поток гравитационных волн.
Именно такие сигналы будет фиксировать космическая антенна LISA Европейского космического агентства, запуск которой запланирован на 2035 год. В ходе наблюдений астрономы смогут отследить сотни тысяч и даже миллионы отдельных витков спиральной орбиты. Эти данные станут своеобразными космическими отпечатками пальцев, способными раскрыть картину распределения любой материи вблизи массивных черных дыр, включая темную материю, которая до сих пор оставалась неуловимой.
Основная новизна исследования амстердамских физиков Родриго Висенте, Теофанеса Каридаса и Джанфранко Бертоне заключается в том, что ученые разработали полностью релятивистскую модель, основанную на общей теории относительности Эйнштейна. В предыдущих работах часто использовались упрощенные ньютоновские приближения, которые упускали значимые физические эффекты. Новый подход позволяет гораздо точнее оценить, как именно окружающая среда — включая темную материю — влияет на орбиту малой черной дыры и на характеристики испускаемых гравитационных волн.
Особое внимание исследователи уделили плотным скоплениям темной материи, которые могут образовываться вокруг сверхмассивных черных дыр. Такие образования иногда называют «пиками» или «куполами». Расчеты продемонстрировали, что подобные уплотнения материи должны оставлять характерные следы в гравитационно-волновых сигналах, которые можно будет зарегистрировать.
Работа нидерландских физиков представляет собой важный шаг к масштабной научной задаче — использованию гравитационных волн для картографирования распределения темной материи во Вселенной и понимания ее фундаментальной природы. Прежде чем обсерватории нового поколения начнут собирать данные, ученым необходимо определить, какие именно сигналы искать и как их интерпретировать.
Учёные ранее разработали нейтринные детекторы для поиска «легкой» темной материи.
Фото: hi-tech.mail.ru