Potraga za gravitacijskim valovima – pulsiranjem u prostoru i vremenu uzrokovanim velikim kozmičkim kataklizmama – može pomoći u rješavanju jedne od drugih misterija svemira – oblaka bozona i jesu li oni glavni konkurent za tamnu tvar.
Kako 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 praktički ne mogu detektirati, predloženi su kao mogući izvor tamne tvari, koja čini oko 85% sve materije u svemiru.
Sada, velika nova međunarodna studija kolaboracije LIGO-Virgo-KAGRA koju vode znanstvenici s Australskog nacionalnog sveučilišta (ANU) nudi jednu od najboljih prilika za pronalaženje ovih subatomskih čestica traženjem gravitacijskih valova uzrokovanih oblacima bozona koji kruže oko crnih rupa .
Dr. Lilly Sun, iz Centra za gravitacijsku astrofiziku ANU-a, rekla je da je studija prva svjetska anketa na cijelom nebu osmišljena da traži predviđene gravitacijske valove koji proizlaze iz mogućih oblaka bozona u blizini brzo rotirajućih crnih rupa.
“Gotovo je nemoguće otkriti te ultralake čestice bozona na Zemlji. Te čestice, ako postoje, imaju iznimno malu masu i rijetko stupaju u interakciju s drugom materijom, što je jedno od ključnih svojstava koje, čini se, ima tamna tvar.” Tamna tvar je materijal koji se ne može izravno vidjeti, ali znamo da tamna tvar postoji jer utječe na objekte koje možemo promatrati. Ali ispitivanjem gravitacijskih valova koje emitiraju ovi oblaci, možda ćemo moći ući u trag tim neuhvatljivim bozonskim česticama i možda razbiti šifru tamne tvari. Naša pretraga bi nam također mogla omogućiti da isključimo neke ultralake čestice bozona za koje naše teorije sugeriraju da bi mogle postojati, ali zapravo ne postoje,” rekao je dr. Sun.
Dr. Sun, koji je također mlađi istraživač u ARC Centru izvrsnosti za detekciju gravitacijskih valova (OzGrav), kaže da detektori gravitacijskih valova omogućuju istraživačima proučavanje energije brzo rotirajućih crnih rupa koje emitiraju takvi oblaci, ako postoje.
“Vjerujemo da ove crne rupe zarobljavaju ogroman broj bozonskih čestica u svom snažnom gravitacijskom polju, stvarajući oblak koji je u korelaciji s njima. Ovaj ples traje milijunima godina i nastavlja stvarati gravitacijske valove koji putuju svemirom”, rekla je.
Iako istraživači tek trebaju otkriti gravitacijske valove iz oblaka bozona, dr. Sun je rekao da je znanost o gravitacijskim valovima "otvorila vrata koja su prije bila zatvorena znanstvenicima". „Otkriće gravitacijskih valova ne samo da pruža informacije o misterioznim kompaktnim objektima u svemiru, kao što su crne rupe i neutronske zvijezde, već nam također omogućuje potragu za novim česticama i tamnom tvari. Budući detektori gravitacijskih valova sigurno će otvoriti više mogućnosti. Moći ćemo prodrijeti dublje u svemir i otkriti više informacija o tim česticama. Na primjer, otkrivanje oblaka bozona pomoću detektora gravitacijskih valova pružit će važne informacije o tamnoj tvari i pomoći u napredovanju drugih pretraga tamne tvari. Također će poboljšati naše šire razumijevanje fizike čestica”, rekla je.
Još jedno važno otkriće je da je studija rasvijetlila vjerojatnost postojanja oblaka bozona u našoj galaksiji, s obzirom na njihovu starost. Dr Sun je rekao da snaga bilo kojeg gravitacijskog vala ovisi o starosti oblaka, pri čemu stariji oblaci šalju slabije signale. "Bozonski oblak se skuplja dok gubi energiju, šaljući gravitacijske valove", rekao je dr. Sun.
"Saznali smo da određena vrsta bozonskog oblaka mlađeg od 1000 godina vjerojatno ne postoji bilo gdje u našoj galaksiji, a oblaci stari do 10 milijuna godina vjerojatno ne postoje unutar oko 3260 svjetlosnih godina od Zemlje."
Pročitajte također: