De jacht op zwaartekrachtsgolven - pulsaties in ruimte en tijd veroorzaakt door grote kosmische rampen - kan helpen bij het oplossen van een van de andere mysteries van het universum: bosonwolken en of ze een belangrijke kanshebber zijn voor donkere materie.
Om potentiële bosonwolken te detecteren, gebruiken onderzoekers krachtige instrumenten zoals de Laser Interferometric Gravitational-Wave Advanced Observatory (LIGO), Virgo Advanced en KAGRA, die zwaartekrachtsgolven tot miljarden lichtjaren ver weg registreren.
Bosonwolken, samengesteld uit ultralichte subatomaire deeltjes die vrijwel niet detecteerbaar zijn, zijn voorgesteld als een mogelijke bron van donkere materie, die ongeveer 85% van alle materie in het universum uitmaakt.
Nu biedt een groot nieuw internationaal onderzoek door de LIGO-Virgo-KAGRA-samenwerking onder leiding van wetenschappers van de Australian National University (ANU) een van de beste mogelijkheden om deze subatomaire deeltjes te vinden door te zoeken naar zwaartekrachtsgolven die worden veroorzaakt door wolken van bosonen die rond zwarte gaten cirkelen .
Dr. Lilly Sun, van ANU's Center for Gravitational Astrophysics, zei dat de studie 's werelds eerste all-sky-onderzoek was dat was ontworpen om te zoeken naar voorspelde zwaartekrachtsgolven die afkomstig zijn van mogelijke bosonwolken in de buurt van snel roterende zwarte gaten.
"Het is bijna onmogelijk om deze ultralichte bosondeeltjes op aarde te detecteren. Deze deeltjes, als ze bestaan, hebben een extreem lage massa en interageren zelden met andere materie, wat een van de belangrijkste eigenschappen is die donkere materie lijkt te hebben.” Donkere materie is materiaal dat niet direct kan worden gezien, maar we weten dat donkere materie bestaat omdat het objecten beïnvloedt die we kunnen waarnemen. Maar door de zwaartekrachtsgolven die door deze wolken worden uitgezonden te onderzoeken, kunnen we deze ongrijpbare bosonische deeltjes misschien opsporen en misschien de code van donkere materie kraken. Onze zoektocht kan ons ook in staat stellen om enkele ultralichte bosondeeltjes uit te sluiten waarvan onze theorieën suggereren dat ze zouden kunnen bestaan, maar in werkelijkheid niet bestaan,” zei Dr. Sun.
Dr. Sun, die ook een junior onderzoeker is bij het ARC Center of Excellence for Gravitational Wave Detection (OzGrav), zegt dat zwaartekrachtgolfdetectoren onderzoekers in staat stellen de energie te bestuderen van snel roterende zwarte gaten die door dergelijke wolken worden uitgezonden, als ze bestaan.
"Wij geloven dat deze zwarte gaten een enorm aantal bosonische deeltjes in hun krachtige zwaartekrachtveld vangen, waardoor een wolk ontstaat die daarmee correleert. Deze dans is al miljoenen jaren aan de gang en blijft zwaartekrachtgolven genereren die door de ruimte reizen”, zei ze.
Hoewel onderzoekers zwaartekrachtsgolven van bosonwolken nog moeten detecteren, zei Dr. Sun dat de wetenschap van zwaartekrachtsgolven "deuren heeft geopend die voorheen gesloten waren voor wetenschappers." "De ontdekking van zwaartekrachtsgolven levert niet alleen informatie op over mysterieuze compacte objecten in het heelal, zoals zwarte gaten en neutronensterren, maar stelt ons ook in staat om te zoeken naar nieuwe deeltjes en donkere materie. Toekomstige zwaartekrachtgolfdetectoren zullen zeker meer mogelijkheden bieden. We zullen dieper in het heelal kunnen doordringen en meer informatie over deze deeltjes kunnen ontdekken. De detectie van bosonwolken door zwaartekrachtgolfdetectoren zal bijvoorbeeld belangrijke informatie over donkere materie opleveren en andere zoektochten naar donkere materie helpen bevorderen. Het zal ook ons begrip van deeltjesfysica in het algemeen verbeteren, "zei ze.
Een andere belangrijke ontdekking was dat de studie licht wierp op de waarschijnlijkheid van het bestaan van bosonwolken in onze melkweg, gezien hun leeftijd. Dr. Sun zei dat de sterkte van elke zwaartekrachtsgolf afhangt van de leeftijd van de wolk, waarbij oudere wolken zwakkere signalen uitzenden. "De bosonwolk trekt samen als hij energie verliest en zendt zwaartekrachtgolven uit", zei Dr. Sun.
"We hebben geleerd dat het onwaarschijnlijk is dat een bepaald type bosonwolk jonger dan 1000 jaar ergens in onze melkweg zal bestaan, en wolken die tot 10 miljoen jaar oud zijn, zullen waarschijnlijk niet bestaan binnen ongeveer 3260 lichtjaar van de aarde."
Lees ook: