Темная материя составляет значительную часть всего вещества во Вселенной, но ее обнаружить напрямую пока не удалось — она не излучает свет и не взаимодействует с обычной материей привычным нам образом.
Группа ученых из Амстердамского университета предложила принципиально новый подход к исследованию неуловимой темной материи — в этом им помогут гравитационные волны, исходящие от черных дыр.
Исследователи сосредоточили внимание на специфическом классе астрономических систем — так называемых экстремальных соотношениях масс при спиральном сближении. Эти системы возникают, когда относительно небольшая черная дыра, образованная в результате коллапса одиночной звезды, движется по орбите вокруг сверхмассивной черной дыры в центре галактики. Постепенно меньший объект приближается к большему по спирали, и этот медленный танец может длиться 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 смогут стать своеобразными космическими отпечатками пальцев, которые расскажут о распределении любой материи вблизи массивных черных дыр, включая темную материю, которая до сих пор оставалась неуловимой.
Ключевое новшество исследования амстердамских физиков Родриго Висенте, Теофанеса Каридаса и Джанфранко Бертоне заключается в том, что ученые создали полностью релятивистскую модель, основанную на общей теории относительности Эйнштейна. В предшествующих работах часто применялись упрощенные ньютоновские подходы, которые не учитывали важные физические эффекты. Новый метод позволяет более точно рассчитать, каким образом окружающая среда — в том числе темная материя — воздействует на орбиту маленькой черной дыры и на характеристики излучаемых гравитационных волн.
Особое внимание уделено плотным скоплениям темной материи, которые могут формироваться вокруг сверхмассивных черных дыр. Такие структуры иногда именуются «пиками» или «куполами». Расчеты показали, что подобные уплотнения материи будут оставлять характерные следы в гравитационно-волновых сигналах, которые можно будет зафиксировать.
Работа нидерландских физиков представляет собой значительный 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, ученым нужно знать, какие именно сигналы следует искать и как их интерпретировать.
Разработаны нейтринные детекторы для поиска «легкой» темной материи.
Фото: hi-tech.mail.ru