Το κυνήγι για βαρυτικά κύματα – παλμοί στο χώρο και στο χρόνο που προκαλούνται από μεγάλους κοσμικούς κατακλυσμούς – μπορεί να βοηθήσει στην επίλυση ενός από τα άλλα μυστήρια του σύμπαντος – των νέφους μποζονίων και στο εάν είναι ο κύριος υποψήφιος για τη σκοτεινή ύλη.
Για να ανιχνεύσουν πιθανά νέφη μποζονίων, οι ερευνητές χρησιμοποιούν πανίσχυρα όργανα όπως το Προηγμένο Παρατηρητήριο Συμβολομετρικών Βαρυτικών Κυμάτων (LIGO), το Virgo Advanced και το KAGRA, τα οποία καταγράφουν βαρυτικά κύματα έως και δισεκατομμύρια έτη φωτός μακριά.
Τα νέφη μποζονίων, που αποτελούνται από εξαιρετικά ελαφριά υποατομικά σωματίδια που είναι ουσιαστικά μη ανιχνεύσιμα, έχουν προταθεί ως πιθανή πηγή σκοτεινής ύλης, η οποία αποτελεί περίπου το 85% της συνολικής ύλης στο σύμπαν.
Τώρα, μια νέα σημαντική διεθνής μελέτη από τη συνεργασία LIGO-Virgo-KAGRA με επικεφαλής επιστήμονες από το Εθνικό Πανεπιστήμιο της Αυστραλίας (ANU) προσφέρει μία από τις καλύτερες ευκαιρίες για να βρούμε αυτά τα υποατομικά σωματίδια αναζητώντας βαρυτικά κύματα που προκαλούνται από σύννεφα μποζονίων που περιστρέφονται γύρω από τις μαύρες τρύπες. .
Η Δρ Lilly Sun, από το Κέντρο Βαρυτικής Αστροφυσικής του ANU, είπε ότι η μελέτη ήταν η πρώτη στον κόσμο έρευνα παντού που σχεδιάστηκε για να αναζητήσει προβλεπόμενα βαρυτικά κύματα που προέρχονται από πιθανά νέφη μποζονίων κοντά σε μαύρες τρύπες που περιστρέφονται γρήγορα.
«Είναι σχεδόν αδύνατο να ανιχνευθούν αυτά τα υπερελαφρά σωματίδια μποζονίων στη Γη. Αυτά τα σωματίδια, εάν υπάρχουν, έχουν εξαιρετικά χαμηλή μάζα και σπάνια αλληλεπιδρούν με άλλη ύλη, κάτι που είναι μία από τις βασικές ιδιότητες που φαίνεται να έχει η σκοτεινή ύλη». Η σκοτεινή ύλη είναι υλικό που δεν μπορεί να φανεί άμεσα, αλλά γνωρίζουμε ότι η σκοτεινή ύλη υπάρχει επειδή επηρεάζει αντικείμενα που μπορούμε να παρατηρήσουμε. Αλλά διερευνώντας τα βαρυτικά κύματα που εκπέμπονται από αυτά τα σύννεφα, μπορεί να είμαστε σε θέση να εντοπίσουμε αυτά τα άπιαστα βοσονικά σωματίδια και ίσως να σπάσουμε τον κώδικα της σκοτεινής ύλης. Η αναζήτησή μας μπορεί επίσης να μας επιτρέψει να αποκλείσουμε κάποια υπερελαφρά σωματίδια μποζονίων που οι θεωρίες μας προτείνουν ότι μπορεί να υπάρχουν αλλά στην πραγματικότητα δεν υπάρχουν», είπε ο Δρ.
Ο Δρ Sun, ο οποίος είναι επίσης κατώτερος ερευνητής στο Κέντρο Αριστείας ARC για Ανίχνευση Βαρυτικών Κυμάτων (OzGrav), λέει ότι οι ανιχνευτές βαρυτικών κυμάτων επιτρέπουν στους ερευνητές να μελετήσουν την ενέργεια των ταχέως περιστρεφόμενων μαύρων οπών που εκπέμπονται από τέτοια σύννεφα, εάν υπάρχουν.
«Πιστεύουμε ότι αυτές οι μαύρες τρύπες παγιδεύουν έναν τεράστιο αριθμό μποσονικών σωματιδίων στο ισχυρό βαρυτικό τους πεδίο, δημιουργώντας ένα σύννεφο που συσχετίζεται μαζί τους. Αυτός ο χορός συνεχίζεται για εκατομμύρια χρόνια και συνεχίζει να δημιουργεί βαρυτικά κύματα που ταξιδεύουν στο διάστημα», είπε.
Αν και οι ερευνητές δεν έχουν ακόμη εντοπίσει βαρυτικά κύματα από τα σύννεφα μποζονίων, ο Δρ Σουν είπε ότι η επιστήμη των βαρυτικών κυμάτων «άνοιξε πόρτες που προηγουμένως ήταν κλειστές στους επιστήμονες». «Η ανακάλυψη των βαρυτικών κυμάτων όχι μόνο παρέχει πληροφορίες για μυστηριώδη συμπαγή αντικείμενα στο σύμπαν, όπως οι μαύρες τρύπες και τα αστέρια νετρονίων, αλλά μας επιτρέπει επίσης να αναζητήσουμε νέα σωματίδια και σκοτεινή ύλη. Οι μελλοντικοί ανιχνευτές βαρυτικών κυμάτων θα ανοίξουν σίγουρα περισσότερες δυνατότητες. Θα μπορέσουμε να διεισδύσουμε βαθύτερα στο σύμπαν και να ανακαλύψουμε περισσότερες πληροφορίες για αυτά τα σωματίδια. Για παράδειγμα, η ανίχνευση νεφών μποζονίων από ανιχνευτές βαρυτικών κυμάτων θα παρέχει σημαντικές πληροφορίες για τη σκοτεινή ύλη και θα βοηθήσει στην προώθηση άλλων αναζητήσεων στη σκοτεινή ύλη. Θα βελτιώσει επίσης την κατανόησή μας για τη σωματιδιακή φυσική ευρύτερα», είπε.
Μια άλλη σημαντική ανακάλυψη ήταν ότι η μελέτη έριξε φως στην πιθανότητα ύπαρξης νεφών μποζονίων στον γαλαξία μας, δεδομένης της ηλικίας τους. Ο Δρ Sun είπε ότι η ισχύς οποιουδήποτε βαρυτικού κύματος εξαρτάται από την ηλικία του νέφους, με τα παλαιότερα σύννεφα να στέλνουν ασθενέστερα σήματα. «Το νέφος μποζονίων συστέλλεται καθώς χάνει ενέργεια, στέλνοντας βαρυτικά κύματα», είπε ο Δρ Sun.
«Μάθαμε ότι ένας συγκεκριμένος τύπος σύννεφου μποζονίου ηλικίας μικρότερης των 1000 ετών είναι απίθανο να υπάρχει πουθενά στον γαλαξία μας και σύννεφα ηλικίας έως και 10 εκατομμυρίων ετών είναι απίθανο να υπάρχουν σε απόσταση περίπου 3260 ετών φωτός από τη Γη».
Διαβάστε επίσης: