La chasse aux ondes gravitationnelles - des pulsations dans l'espace et dans le temps causées par de grands cataclysmes cosmiques - peut aider à résoudre l'un des autres mystères de l'univers - les nuages de bosons et s'ils sont un concurrent de choix pour la matière noire.
Pour détecter les nuages de bosons potentiels, les chercheurs utilisent des instruments puissants tels que le Laser Interferometric Gravitational-Wave Advanced Observatory (LIGO), Virgo Advanced et KAGRA, qui enregistrent les ondes gravitationnelles jusqu'à des milliards d'années-lumière.
Les nuages de bosons, composés de particules subatomiques ultralégères pratiquement indétectables, ont été proposés comme source possible de matière noire, qui représente environ 85 % de toute la matière de l'univers.
Maintenant, une nouvelle étude internationale majeure de la collaboration LIGO-Virgo-KAGRA dirigée par des scientifiques de l'Université nationale australienne (ANU) offre l'une des meilleures opportunités pour trouver ces particules subatomiques en recherchant les ondes gravitationnelles causées par les nuages de bosons en orbite autour des trous noirs .
Le Dr Lilly Sun, du Centre d'astrophysique gravitationnelle de l'ANU, a déclaré que l'étude était la première enquête mondiale sur tout le ciel conçue pour rechercher des ondes gravitationnelles prédites émanant d'éventuels nuages de bosons à proximité de trous noirs en rotation rapide.
"Il est presque impossible de détecter ces particules de bosons ultralégères sur Terre. Ces particules, si elles existent, ont une masse extrêmement faible et interagissent rarement avec d'autres matières, ce qui est l'une des propriétés clés que la matière noire semble avoir. La matière noire est un matériau qui ne peut pas être vu directement, mais nous savons que la matière noire existe car elle affecte les objets que nous pouvons observer. Mais en sondant les ondes gravitationnelles émises par ces nuages, nous pourrons peut-être retrouver ces particules bosoniques insaisissables et peut-être déchiffrer le code de la matière noire. Notre recherche peut également nous permettre d'exclure certaines particules bosoniques ultralégères qui, selon nos théories, pourraient exister, mais qui n'existent pas réellement », a déclaré le Dr Sun.
Le Dr Sun, qui est également chercheur junior au Centre d'excellence ARC pour la détection des ondes gravitationnelles (OzGrav), explique que les détecteurs d'ondes gravitationnelles permettent aux chercheurs d'étudier l'énergie des trous noirs à rotation rapide émis par de tels nuages, s'ils existent.
"Nous pensons que ces trous noirs piègent un grand nombre de particules bosoniques dans leur puissant champ gravitationnel, créant un nuage qui est en corrélation avec elles. Cette danse dure depuis des millions d'années et continue de générer des ondes gravitationnelles qui voyagent dans l'espace », a-t-elle déclaré.
Bien que les chercheurs n'aient pas encore détecté les ondes gravitationnelles des nuages de bosons, le Dr Sun a déclaré que la science des ondes gravitationnelles "a ouvert des portes qui étaient auparavant fermées aux scientifiques". "La découverte des ondes gravitationnelles fournit non seulement des informations sur de mystérieux objets compacts dans l'univers, tels que les trous noirs et les étoiles à neutrons, mais nous permet également de rechercher de nouvelles particules et de la matière noire. Les futurs détecteurs d'ondes gravitationnelles ouvriront certainement plus de possibilités. Nous pourrons pénétrer plus profondément dans l'univers et découvrir plus d'informations sur ces particules. Par exemple, la détection de nuages de bosons par des détecteurs d'ondes gravitationnelles fournira des informations importantes sur la matière noire et aidera à faire avancer d'autres recherches sur la matière noire. Cela améliorera également notre compréhension de la physique des particules plus largement », a-t-elle déclaré.
Autre découverte importante, l'étude a mis en lumière la probabilité de l'existence de nuages de bosons dans notre galaxie, compte tenu de leur âge. Le Dr Sun a déclaré que la force de toute onde gravitationnelle dépend de l'âge du nuage, les nuages plus anciens envoyant des signaux plus faibles. "Le nuage de bosons se contracte lorsqu'il perd de l'énergie, envoyant des ondes gravitationnelles", a déclaré le Dr Sun.
"Nous avons appris qu'il est peu probable qu'un certain type de nuage de bosons de moins de 1000 10 ans existe dans notre galaxie, et que des nuages âgés de moins de 3260 millions d'années soient peu susceptibles d'exister à environ XNUMX XNUMX années-lumière de la Terre."
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