Gravitaatioaaltojen metsästys – suurten kosmisten kataklysmien aiheuttamat pulsaatiot avaruudessa ja ajassa – voi auttaa ratkaisemaan toisen maailmankaikkeuden mysteereistä – bosonipilvet ja sen, ovatko ne pimeän aineen tärkein haastaja.
Mahdollisten bosonipilvien havaitsemiseen tutkijat käyttävät tehokkaita instrumentteja, kuten Laser Interferometric Gravitational-Wave Advanced Observatory (LIGO), Virgo Advanced ja KAGRA, jotka tallentavat gravitaatioaaltoja jopa miljardien valovuosien päähän.
Bosonipilviä, jotka koostuvat ultrakevyistä subatomisista hiukkasista, joita ei käytännössä voida havaita, on ehdotettu mahdolliseksi pimeän aineen lähteeksi, joka muodostaa noin 85 % kaikesta maailmankaikkeuden aineesta.
Nyt Australian National Universityn (ANU) tutkijoiden johtama LIGO-Virgo-KAGRA-yhteistyön uusi kansainvälinen tutkimus tarjoaa yhden parhaista mahdollisuuksista löytää nämä subatomiset hiukkaset etsimällä mustia aukkoja kiertävien bosonipilvien aiheuttamia gravitaatioaaltoja. .
Tohtori Lilly Sun ANU:n Gravitational Astrophysics -keskuksesta sanoi, että tutkimus oli maailman ensimmäinen koko taivaan tutkimus, joka on suunniteltu etsimään ennustettuja gravitaatioaaltoja, jotka lähtevät mahdollisista bosonipilvista nopeasti pyörivien mustien aukkojen lähellä.
"On lähes mahdotonta havaita näitä ultrakevyitä bosonihiukkasia maan päällä. Näillä hiukkasilla, jos niitä on, on erittäin pieni massa ja ne ovat harvoin vuorovaikutuksessa muun aineen kanssa, mikä on yksi pimeän aineen tärkeimmistä ominaisuuksista." Pimeä aine on materiaalia, jota ei voida nähdä suoraan, mutta tiedämme, että pimeä aine on olemassa, koska se vaikuttaa esineisiin, joita voimme tarkkailla. Mutta tutkimalla näiden pilvien lähettämiä gravitaatioaaltoja, voimme ehkä jäljittää nämä vaikeasti havaittavat bosonihiukkaset ja ehkä murtaa pimeän aineen koodin. Hakumme voi myös antaa meille mahdollisuuden sulkea pois joitakin ultrakevyitä bosonihiukkasia, joita teorioidemme mukaan saattaa olla olemassa, mutta joita ei todellisuudessa ole", sanoi tohtori Sun.
Tohtori Sun, joka on myös nuorempi tutkija ARC:n painovoimaaaltojen havaitsemisen huippuyksikössä (OzGrav), sanoo, että gravitaatioaallonilmaisimien avulla tutkijat voivat tutkia tällaisten pilvien lähettämien nopeasti pyörivien mustien aukkojen energiaa, jos niitä on olemassa.
"Uskomme, että nämä mustat aukot vangitsevat valtavan määrän bosonisia hiukkasia voimakkaaseen gravitaatiokenttään luoden pilven, joka korreloi niiden kanssa. Tämä tanssi on jatkunut miljoonia vuosia ja tuottaa edelleen gravitaatioaaltoja, jotka kulkevat avaruuden halki", hän sanoi.
Vaikka tutkijat eivät ole vielä havainneet gravitaatioaaltoja bosonipilvistä, tohtori Sun sanoi, että gravitaatioaaltojen tiede "on avannut ovia, jotka olivat aiemmin suljettuina tutkijoilta." "Gravitaatioaaltojen löytö ei ainoastaan tarjoa tietoa salaperäisistä kompakteista universumin esineistä, kuten mustista aukoista ja neutronitähdistä, vaan antaa meille myös mahdollisuuden etsiä uusia hiukkasia ja pimeää ainetta. Tulevaisuuden gravitaatioaallonilmaisimet avaavat varmasti lisää mahdollisuuksia. Pystymme tunkeutumaan syvemmälle maailmankaikkeuteen ja löytämään lisää tietoa näistä hiukkasista. Esimerkiksi bosonipilvien havaitseminen gravitaatioaaltoilmaisimilla antaa tärkeää tietoa pimeästä aineesta ja auttaa edistämään muita pimeän aineen hakuja. Se myös parantaa ymmärrystämme hiukkasfysiikasta laajemmin", hän sanoi.
Toinen tärkeä löytö oli, että tutkimus valaisi bosonipilvien olemassaolon todennäköisyyttä galaksissamme niiden iän perusteella. Tri Sun sanoi, että minkä tahansa gravitaatioaallon voimakkuus riippuu pilven iästä, ja vanhemmat pilvet lähettävät heikompia signaaleja. "Bosonipilvi supistuu, kun se menettää energiaa ja lähettää gravitaatioaaltoja", sanoi tohtori Sun.
"Oppimme, että tietyntyyppistä alle 1000 vuotta vanhaa bosonipilveä ei todennäköisesti ole missään galaksissamme, ja jopa 10 miljoonaa vuotta vanhoja pilviä ei todennäköisesti ole noin 3260 valovuoden päässä Maasta."
Lue myös: