Темная материя составляет основную часть всего вещества во Вселенной, однако обнаружить ее напрямую до сих пор не удалось — она не излучает свет и не взаимодействует с обычной материей привычным для нас образом.
Группа исследователей из Амстердамского университета предложила принципиально новый метод для изучения неуловимой темной материи — в этом им помогут гравитационные волны, исходящие от черных дыр.
Ученые сосредоточили свое внимание на особом классе астрономических систем — так называемых экстремальных массах при спиральном сближении. Эти системы возникают, когда относительно небольшая черная дыра, образовавшаяся в результате коллапса одиночной звезды, вращается по орбите вокруг сверхмассивной черной дыры, находящейся в центре галактики. Постепенно меньший объект приближается к большему по спирали, и этот медленный танец продолжается месяцы или даже годы, создавая непрерывный поток гравитационных волн.
Именно такие сигналы будет фиксировать космическая антенна LISA Европейского космического агентства, запуск которой запланирован на 2035 год. За время наблюдений астрономы смогут отслеживать сотни тысяч и даже миллионы отдельных витков спиральной орбиты. Эти данные станут космическими отпечатками пальцев, способными рассказать о распределении любой материи вблизи массивных черных дыр, включая темную материю, которая до сих пор оставалась неуловимой.
Ключевая новизна работы амстердамских физиков Родриго Висенте, Теофанеса Каридаса и Джанфранко Бертоне заключается в том, что исследователи разработали полностью релятивистскую модель, полностью основанную на общей теории относительности Эйнштейна. В предыдущих работах часто использовались упрощенные ньютоновские подходы, которые упускали важные физические аспекты. Новый метод позволяет значительно точнее предсказать, как именно окружающая среда — в том числе темная материя — влияет на орбиту малой черной дыры и на характеристики испускаемых гравитационных волн.
Особое внимание ученые обратили на плотные скопления темной материи, которые могут образовываться вокруг сверхмассивных черных дыр. Такие структуры иногда называют «пиками» или «куполами». Расчеты продемонстрировали, что подобные концентрации материи должны оставлять характерные следы в гравитационно-волновых сигналах, которые можно будет зарегистрировать.
Работа нидерландских физиков представляет собой важный шаг к масштабной научной цели — использованию гравитационных волн для картографирования распределения темной материи во Вселенной и понимания ее фундаментальной природы. Прежде чем обсерватории нового поколения начнут собирать данные, исследователям необходимо понять, какие именно сигналы искать и как их интерпретировать.
Ученые также разработали нейтринные детекторы для поиска «легкой» темной материи.
Фото: hi-tech.mail.ru