Сверхлегкую темную материю можно будет открыть благодаря гравитационным волнам, которые могут в ней порождать спиральные системы с экстремальным отношением масс (extreme mass-ratio inspirals — EMRI). Стратегиям поиска этого эффекта посвящено исследование, опубликованное в Physical Review Letters.
EMRI состоят из сверхмассивной черной дыры и обычной черной дыры, нейтронной или даже простой звезды. Поглощая вещество своей соседки, космический монстр испускает гравитационные волны. Если расчеты ученых верны, темную материю можно обнаружить по влиянию на нее этих возмущений.
«Когда меньшие черные дыры вращаются вокруг сверхмассивной черной дыры, они движутся сквозь темную материю и создают плотный след, похожий на тот, что остается за пловцом в бассейне. Этот след оказывает дополнительное гравитационное притяжение на малую черную дыру, называемое динамическим трением, замедляя ее и изменяя сигналы гравитационных волн», — объяснил соавтор статьи научный сотрудник Института физики высоких энергий в Барселоне Родриго Висенте.
У физиков практически нет сомнений в существовании темной материи, и доказать его очень важно.
«Понимание фундаментальной природы темной материи является одной из главных нерешенных проблем современной физики. Мы знаем, что она должна существовать для того, чтобы галактики сформировались и эволюционировали до своего нынешнего состояния», — заявил Франциско Дуке из Института гравитационной физики Общества Макса Планка, первый автор исследования.
По принятым сейчас теоретическим представлениям, сверхлегкая темная материя состоит из частиц малой массы, которые могут быть в 1028 раз легче электрона, и она равномерно распределена в пространстве, в отличие от сгущающейся местами традиционной темной материи.
Облака сверхлегкой темной материи вокруг сверхмассивных черных дыр могут быть в 20 раз плотнее золота — а значит, она не может не влиять на эволюцию EMRI, что ученые надеются увидеть посредством космического детектора гравитационных волн LISA (Laser Interferometer Space Antenna).
«LISA, запуск которого Европейским космическим агентством ожидается в 2035 году, будет чувствителен к миллигерцовым частотам, что позволит ему наблюдать за EMRI с высокой точностью», — сказал профессор Кайо Маседо из Федерального университета Пара в Бразилии, соавтор исследования.
Ранее в эксперименте по измерению свойств нейтрона была доказана принципиальная невозможность существования аксионов — гипотетических частиц, из которых, как предполагалось, состоит сверхлегкая темная материя. Это сильно осложнило ее поиски и дало основание некоторым СМИ заявить, что она опровергнута в целом.
Другие новости по теме...
