Potraga za gravitacionim valovima – pulsiranjem u prostoru i vremenu uzrokovanim velikim kosmičkim kataklizmama – može pomoći u rješavanju jedne od drugih misterija svemira – bozonskih oblaka i da li su oni glavni kandidat za tamnu materiju.
Da bi otkrili potencijalne bozonske oblake, istraživači koriste moćne instrumente kao što su Laser Interferometric Gravitational-Wave Advanced Observatory (LIGO), Virgo Advanced i KAGRA, koji bilježe gravitacijske valove udaljene do milijardi svjetlosnih godina.
Bozonski oblaci, sastavljeni od ultralakih subatomskih čestica koje se praktično ne mogu detektovati, predloženi su kao mogući izvor tamne materije, koja čini oko 85% sve materije u svemiru.
Sada, velika nova međunarodna studija kolaboracije LIGO-Virgo-KAGRA koju vode naučnici sa Australijskog nacionalnog univerziteta (ANU) nudi jednu od najboljih mogućnosti za pronalaženje ovih subatomskih čestica traženjem gravitacijskih valova uzrokovanih oblacima bozona koji kruže oko crnih rupa. .
Dr Lilly Sun, iz ANU-ovog Centra za gravitacijsku astrofiziku, rekla je da je ovo istraživanje prvo svjetsko istraživanje cijelog neba osmišljeno da traži predviđene gravitacijske valove koji izviru iz mogućih bozonskih oblaka u blizini brzo rotirajućih crnih rupa.
“Gotovo je nemoguće otkriti ove ultralake čestice bozona na Zemlji. Ove čestice, ako postoje, imaju izuzetno malu masu i rijetko stupaju u interakciju s drugom materijom, što je jedno od ključnih svojstava koje tamna materija ima.” Tamna materija je materijal koji se ne može vidjeti direktno, ali znamo da tamna materija postoji jer utječe na objekte koje možemo promatrati. Ali ispitivanjem gravitacionih talasa koje emituju ovi oblaci, možda ćemo moći da uđemo u trag ovim neuhvatljivim bozonskim česticama i možda probijemo kod tamne materije. Naša potraga nam također može omogućiti da isključimo neke ultralake bozonske čestice za koje naše teorije sugeriraju da bi mogle postojati, ali zapravo ne postoje”, rekao je dr. Sun.
Dr. Sun, koji je i mlađi istraživač u ARC centru izvrsnosti za detekciju gravitacionih talasa (OzGrav), kaže da detektori gravitacionih talasa omogućavaju istraživačima da proučavaju energiju brzo rotirajućih crnih rupa koje emituju takvi oblaci, ako postoje.
“Vjerujemo da ove crne rupe zarobljavaju ogroman broj bozonskih čestica u svom moćnom gravitacionom polju, stvarajući oblak koji je u korelaciji s njima. Ovaj ples traje milionima godina i nastavlja da stvara gravitacione talase koji putuju kroz svemir”, rekla je ona.
Iako istraživači tek treba da otkriju gravitacione talase iz bozonskih oblaka, dr Sun je rekao da je nauka o gravitacionim talasima "otvorila vrata koja su ranije bila zatvorena za naučnike". “Otkriće gravitacijskih valova ne pruža samo informacije o misterioznim kompaktnim objektima u svemiru, kao što su crne rupe i neutronske zvijezde, već nam također omogućava da tražimo nove čestice i tamnu materiju. Budući detektori gravitacionih talasa sigurno će otvoriti više mogućnosti. Moći ćemo prodrijeti dublje u svemir i otkriti više informacija o ovim česticama. Na primjer, detekcija bozonskih oblaka detektorima gravitacijskih valova pružit će važne informacije o tamnoj materiji i pomoći u napredovanju drugih pretraga tamne materije. To će također poboljšati naše razumijevanje fizike čestica šire”, rekla je.
Još jedno važno otkriće je da je studija bacila svjetlo na vjerovatnoću postojanja bozonskih oblaka u našoj galaksiji, s obzirom na njihovu starost. Dr Sun je rekao da jačina svakog gravitacionog talasa zavisi od starosti oblaka, pri čemu stariji oblaci šalju slabije signale. "Bozonski oblak se skuplja dok gubi energiju, šaljući gravitacione talase", rekao je dr. Sun.
"Saznali smo da određena vrsta bozonskog oblaka mlađeg od 1000 godina vjerovatno neće postojati bilo gdje u našoj galaksiji, a malo je vjerovatno da će oblaci stari i do 10 miliona godina postojati unutar oko 3260 svjetlosnih godina od Zemlje."
Pročitajte također: