La caccia alle onde gravitazionali - pulsazioni nello spazio e nel tempo causate da grandi cataclismi cosmici - può aiutare a risolvere uno degli altri misteri dell'universo - le nuvole di bosoni e se sono un contendente principale per la materia oscura.
Per rilevare potenziali nubi di bosoni, i ricercatori utilizzano potenti strumenti come il Laser Interferometric Gravitational-Wave Advanced Observatory (LIGO), Virgo Advanced e KAGRA, che registrano le onde gravitazionali fino a miliardi di anni luce di distanza.
Le nuvole di bosoni, composte da particelle subatomiche ultraleggere praticamente non rilevabili, sono state proposte come possibile fonte di materia oscura, che costituisce circa l'85% di tutta la materia nell'universo.
Ora, un nuovo importante studio internazionale condotto dalla collaborazione LIGO-Virgo-KAGRA guidata da scienziati dell'Australian National University (ANU) offre una delle migliori opportunità per trovare queste particelle subatomiche cercando le onde gravitazionali causate da nubi di bosoni in orbita attorno ai buchi neri .
La dott.ssa Lilly Sun, del Centro di astrofisica gravitazionale dell'ANU, ha affermato che lo studio è stato il primo sondaggio al mondo progettato per cercare onde gravitazionali previste provenienti da possibili nubi di bosoni vicino a buchi neri in rapida rotazione.
"È quasi impossibile rilevare queste particelle di bosoni ultraleggeri sulla Terra. Queste particelle, se esistono, hanno una massa estremamente bassa e raramente interagiscono con altra materia, che è una delle proprietà chiave che sembra avere la materia oscura». La materia oscura è materiale che non può essere visto direttamente, ma sappiamo che la materia oscura esiste perché influenza gli oggetti che possiamo osservare. Ma sondando le onde gravitazionali emesse da queste nubi, potremmo essere in grado di rintracciare queste sfuggenti particelle bosoniche e forse decifrare il codice della materia oscura. La nostra ricerca potrebbe anche permetterci di escludere alcune particelle di bosoni ultraleggeri che le nostre teorie suggeriscono potrebbero esistere ma che in realtà non esistono", ha affermato il dott. Sun.
Il dottor Sun, che è anche ricercatore junior presso il Centro di eccellenza ARC per il rilevamento delle onde gravitazionali (OzGrav), afferma che i rilevatori di onde gravitazionali consentono ai ricercatori di studiare l'energia dei buchi neri in rapida rotazione emessi da tali nuvole, se esistono.
"Crediamo che questi buchi neri intrappolino un numero enorme di particelle bosoniche nel loro potente campo gravitazionale, creando una nuvola correlata con loro. Questa danza va avanti da milioni di anni e continua a generare onde gravitazionali che viaggiano attraverso lo spazio", ha detto.
Sebbene i ricercatori debbano ancora rilevare le onde gravitazionali dalle nubi di bosoni, il dott. Sun ha affermato che la scienza delle onde gravitazionali "ha aperto porte che prima erano chiuse agli scienziati". "La scoperta delle onde gravitazionali non solo fornisce informazioni su misteriosi oggetti compatti nell'universo, come buchi neri e stelle di neutroni, ma ci permette anche di cercare nuove particelle e materia oscura. I futuri rilevatori di onde gravitazionali apriranno sicuramente più possibilità. Saremo in grado di penetrare più a fondo nell'universo e scoprire maggiori informazioni su queste particelle. Ad esempio, il rilevamento di nubi di bosoni da parte di rilevatori di onde gravitazionali fornirà informazioni importanti sulla materia oscura e aiuterà a far progredire altre ricerche sulla materia oscura. Migliorerà anche la nostra comprensione della fisica delle particelle in modo più ampio", ha affermato.
Un'altra importante scoperta è stata che lo studio ha fatto luce sulla probabilità dell'esistenza di nubi di bosoni nella nostra galassia, data la loro età. Il dottor Sun ha affermato che la forza di qualsiasi onda gravitazionale dipende dall'età della nuvola, con le nuvole più vecchie che inviano segnali più deboli. "La nube di bosoni si contrae mentre perde energia, inviando onde gravitazionali", ha affermato il dott. Sun.
"Abbiamo appreso che è improbabile che un certo tipo di nube di bosoni di età inferiore a 1000 anni esista ovunque nella nostra galassia, ed è improbabile che esistano nubi che hanno fino a 10 milioni di anni entro circa 3260 anni luce dalla Terra".
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