Jagten på gravitationsbølger - pulsationer i rum og tid forårsaget af store kosmiske katastrofer - kan hjælpe med at løse et af universets andre mysterier - bosonskyer og om de er en primær udfordrer til mørkt stof.
For at opdage potentielle bosonskyer bruger forskere kraftfulde instrumenter såsom Laser Interferometric Gravitational-Wave Advanced Observatory (LIGO), Virgo Advanced og KAGRA, som registrerer gravitationsbølger op til milliarder af lysår væk.
Bosonskyer, sammensat af ultralette subatomære partikler, der er praktisk talt uopdagelige, er blevet foreslået som en mulig kilde til mørkt stof, som udgør omkring 85 % af alt stof i universet.
Nu tilbyder en stor ny international undersøgelse fra LIGO-Virgo-KAGRA-samarbejdet ledet af forskere fra Australian National University (ANU) en af de bedste muligheder for at finde disse subatomære partikler ved at lede efter gravitationsbølger forårsaget af skyer af bosoner, der kredser om sorte huller .
Dr. Lilly Sun, fra ANU's Center for Gravitational Astrophysics, sagde, at undersøgelsen var verdens første all-sky undersøgelse designet til at lede efter forudsagte gravitationsbølger, der stammer fra mulige bosonskyer nær hurtigt roterende sorte huller.
"Det er næsten umuligt at opdage disse ultralette bosonpartikler på Jorden. Disse partikler, hvis de findes, har ekstremt lav masse og interagerer sjældent med andet stof, hvilket er en af de nøgleegenskaber, som mørkt stof ser ud til at have." Mørkt stof er materiale, der ikke kan ses direkte, men vi ved, at mørkt stof eksisterer, fordi det påvirker objekter, som vi kan observere. Men ved at sondere gravitationsbølgerne, der udsendes af disse skyer, kan vi muligvis spore disse undvigende bosoniske partikler og måske knække koden for mørkt stof. Vores søgning kan også give os mulighed for at udelukke nogle ultralette bosonpartikler, som vores teorier antyder kan eksistere, men faktisk ikke gør,” sagde Dr. Sun.
Dr. Sun, som også er juniorforsker ved ARC Center of Excellence for Gravitational Wave Detection (OzGrav), siger, at gravitationsbølgedetektorer giver forskere mulighed for at studere energien af hurtigt roterende sorte huller udsendt af sådanne skyer, hvis de findes.
"Vi tror på, at disse sorte huller fanger et stort antal bosoniske partikler i deres kraftige gravitationsfelt og skaber en sky, der korrelerer med dem. Denne dans har stået på i millioner af år og fortsætter med at generere gravitationsbølger, der rejser gennem rummet,” sagde hun.
Selvom forskere endnu ikke har opdaget gravitationsbølger fra bosonskyer, sagde Dr. Sun, at videnskaben om gravitationsbølger "har åbnet døre, der tidligere var lukket for videnskabsmænd." "Opdagelsen af gravitationsbølger giver ikke kun information om mystiske kompakte objekter i universet, såsom sorte huller og neutronstjerner, men giver os også mulighed for at søge efter nye partikler og mørkt stof. Fremtidige gravitationsbølgedetektorer vil helt sikkert åbne op for flere muligheder. Vi vil være i stand til at trænge dybere ind i universet og opdage mere information om disse partikler. For eksempel vil detektion af bosonskyer ved hjælp af gravitationsbølgedetektorer give vigtig information om mørkt stof og hjælpe med at fremme andre mørkt stofsøgninger. Det vil også forbedre vores forståelse af partikelfysik mere bredt," sagde hun.
En anden vigtig opdagelse var, at undersøgelsen kastede lys over sandsynligheden for eksistensen af bosonskyer i vores galakse, givet deres alder. Dr. Sun sagde, at styrken af enhver gravitationsbølge afhænger af skyens alder, hvor ældre skyer sender svagere signaler. "Bosonskyen trækker sig sammen, efterhånden som den mister energi og sender gravitationsbølger ud," sagde Dr. Sun.
"Vi lærte, at en bestemt type bosonskyer, der er yngre end 1000 år, sandsynligvis ikke eksisterer nogen steder i vores galakse, og skyer, der er op til 10 millioner år gamle, vil sandsynligvis ikke eksistere inden for omkring 3260 lysår fra Jorden."
Læs også: