Ανιχνευτές βαρυτικών κυμάτων θα μπορούσαν να ρίξουν φως στη σκοτεινή ύλη

Μια ομάδα φυσικών έχει βρει ότι τα ίδια μέσα που χρησιμοποιήθηκαν για την ιστορική ανακάλυψη των βαρυτικών κυμάτων, που προκαλούνται από συγκρουόμενες μαύρες τρύπες, θα μπορούσαν να βοηθήσουν για να ξεκλειδωθούν τα μυστικά της σκοτεινής ύλης, ένα μυστηριώδης και ακόμα απαρατήρητο συστατικό του σύμπαντος.

 

Σχηματική απεικόνιση του νέφους που σχηματίζεται γύρω από μια περιστρεφόμενη μαύρη τρύπα. Η μαύρη τρύπα χάνει ενέργεια E_S και στροφορμή L_S μέσα από την ανάπτυξη του νέφους και των εκπομπών των βαρυτικών κυμάτων.

Τα ευρήματα της έρευνας του Emanuele Berti, αναπληρωτή καθηγητή φυσικής και αστρονομίας, και της Shrobana Ghosh, μιας μεταπτυχιακής φοιτήτριας εμφανίζεται στο περιοδικό Physical Review Letters.. Οι φυσικοί αυτοί δείχνουν ότι τα συμβολόμετρα των βαρυτικών κυμάτων μπορούν να χρησιμοποιηθούν για να ανιχνεύσουν έμμεσα την παρουσία σκοτεινής ύλης.

 

Η φύση της σκοτεινής ύλης παραμένει άγνωστη, αλλά οι επιστήμονες εκτιμούν ότι είναι πέντε φορές πιο άφθονη συνηθισμένη ύλη στο σύμπαν. 

 

«Η φύση της σκοτεινής ύλης ένα από τα μεγαλύτερα μυστήρια της φυσικής. Και είναι αξιοσημείωτο το γεγονός ότι μπορούμε τώρα να κάνουμε σωματιδιακή φυσική κοιτάζοντας εκπομπές βαρυτικών κυμάτων από τις μαύρες τρύπες ., Τα μεγαλύτερα και πιο απλά αντικείμενα στο σύμπαν», είπε ο Berti.

 

Αυτή η εικόνα απεικονίζει δύο μαύρες τρύπες λίγα μόνο λεπτά πριν συγκρουστούν και να συγχωνευτούν, απελευθερώνοντας ενέργεια με τη μορφή βαρυτικών κυμάτων. Στις 26 Δεκεμβρίου 2015, μετά από ένα ταξίδι 1,4 δισεκατομμύριο χρόνια, τα κύματα έφθασαν στη Γη και κατεγράφησαν από τους διπλούς ανιχνευτές LIGO. Ήταν τη δεύτερη φορά που το LIGO έχει ανιχνεύσει βαρυτικά κύματα, παρέχοντας περαιτέρω επιβεβαίωση της γενικής θεωρίας της σχετικότητας του Αϊνστάιν και την μελλοντική εξασφάλιση της αστρονομίας βαρυτικών κυμάτων, ως έναν θεμελιωδώς νέο τρόπο παρατήρησης του σύμπαντος. Οι μαύρες τρύπες ήταν 14 και 8 φορές τη μάζα του ήλιου (L-R) και συγχωνεύθηκαν για να σχηματίσουν μια νέα μαύρη τρύπα 21 φορές τη μάζα του ήλιου. Το υπόλοιπο μεταμορφώθηκε και απελευθερώθηκε με τη μορφή βαρυτικής ενέργειας.

 

Οι υπολογισμοί τους δείχνουν ότι ορισμένοι τύποι της σκοτεινής ύλης θα μπορούσαν να αποτελούν τα γιγαντιαία νέφη γύρω από τις μαύρες τρύπες. Εάν υπάρχουν υπερελαφρά βαθμωτά σωματίδια στη φύση, τότε οι ταχύτατα περιστρεφόμενες μαύρες τρύπες θα πυροδοτούν την ανάπτυξη τέτοιων βαθμωτών  «συμπυκνωμάτων», σε βάρος της περιστροφικής ενέργειας τους, παράγοντας ένα νέφος που περιστρέφεται γύρω από τη μαύρη τρύπα, όμως τώρα περισσότερο αργά και εκπέμποντας έτσι βαρυτικά κύματα, λίγο πολύ σαν ένα γιγαντιαίος φάρος στον ουρανό.

 

«Μια πιθανότητα είναι ότι η σκοτεινή ύλη αποτελείται από βαθμωτά πεδία παρόμοια με το μποζόνιο Higgs, αλλά πολύ ελαφρύτερο από ό, τι τα νετρίνα,» λένε οι φυσικοί. «Αυτό το είδος της σκοτεινής ύλης είναι δύσκολο να μελετηθεί σε επιταχυντές σωματιδίων, όπως ο Μεγάλος Επιταχυντής Αδρονίων στο CERN, αλλά μπορεί να είναι προσιτό σε ανιχνευτές βαρυτικών κυμάτων.»

 

Ανάλογα με τη μάζα των υποθετικών σωματιδίων, το σήμα θα είναι αρκετά ισχυρό για να ανιχνευθεί από το Παρατηρητήριο βαρυτικών κυμάτων με συμβολόμετρο λέιζερ (LIGO) ή το ευρωπαϊκό VIRGO καθώς και από τη μελλοντική διαστημική αποστολή LISA.

 

«Παραδόξως, τα βαρυτικά κύματα από πηγές που είναι πολύ αδύναμες για να είναι ξεχωριστά ανιχνεύσιμες, μπορεί να παράγουν ένα ισχυρό στοχαστικό υπόβαθρο», δήλωσε ο υπεύθυνος της ομάδας. «Το έργο αυτό δείχνει ότι μια προσεκτική ανάλυση του φόντου στα δεδομένα του LIGO μπορεί να αποκλείσουν – ή να ανιχνεύσουν – την υπερελαφριά σκοτεινή ύλη από τα συμβολόμετρα βαρυτικών κυμάτων.

 

«Η εργασία μας δείχνει ότι μια προσεκτική ανάλυση των στοχαστικών βαρυτικών κυμάτων στα δεδομένα, μπορεί να χρησιμοποιηθεί στα δεδομένα που έχουν ήδη ληφθεί για να τοποθετήσει τους περιορισμούς σχετικά με τη φύση της σκοτεινής ύλης », συνέχισε.

 ΠΗΓΗ