Jakten på gravitasjonsbølger – pulsasjoner i rom og tid forårsaket av store kosmiske katastrofer – kan bidra til å løse et av universets andre mysterier – bosonskyer og om de er en hovedutfordrer for mørk materie.
For å oppdage potensielle bosonskyer bruker forskere kraftige instrumenter som Laser Interferometric Gravitational-Wave Advanced Observatory (LIGO), Virgo Advanced og KAGRA, som registrerer gravitasjonsbølger opptil milliarder av lysår unna.
Bosonskyer, sammensatt av ultralette subatomære partikler som er praktisk talt uoppdagelige, har blitt foreslått som en mulig kilde til mørk materie, som utgjør omtrent 85 % av all materie i universet.
Nå tilbyr en stor ny internasjonal studie av LIGO-Virgo-KAGRA-samarbeidet ledet av forskere fra Australian National University (ANU) en av de beste mulighetene for å finne disse subatomære partiklene ved å lete etter gravitasjonsbølger forårsaket av skyer av bosoner som kretser rundt sorte hull .
Dr. Lilly Sun, fra ANUs Center for Gravitational Astrophysics, sa at studien var verdens første all-sky-undersøkelse designet for å se etter forutsagte gravitasjonsbølger som kommer fra mulige bosonskyer nær raskt roterende sorte hull.
«Det er nesten umulig å oppdage disse ultralette bosonpartiklene på jorden. Disse partiklene, hvis de eksisterer, har ekstremt lav masse og samhandler sjelden med annen materie, som er en av nøkkelegenskapene som mørk materie ser ut til å ha." Mørk materie er materiale som ikke kan sees direkte, men vi vet at mørk materie eksisterer fordi det påvirker objekter som vi kan observere. Men ved å undersøke gravitasjonsbølgene som sendes ut av disse skyene, kan vi kanskje spore opp disse unnvikende bosoniske partiklene og kanskje knekke koden for mørk materie. Vårt søk kan også tillate oss å utelukke noen ultralette bosonpartikler som våre teorier antyder kan eksistere, men faktisk ikke gjør det,” sa Dr. Sun.
Dr. Sun, som også er juniorforsker ved ARC Center of Excellence for Gravitational Wave Detection (OzGrav), sier at gravitasjonsbølgedetektorer lar forskere studere energien til raskt roterende sorte hull som sendes ut av slike skyer, hvis de eksisterer.
"Vi tror at disse sorte hullene fanger et stort antall bosoniske partikler i deres kraftige gravitasjonsfelt, og skaper en sky som korrelerer med dem. Denne dansen har pågått i millioner av år og fortsetter å generere gravitasjonsbølger som reiser gjennom verdensrommet," sa hun.
Selv om forskere ennå ikke har oppdaget gravitasjonsbølger fra bosonskyer, sa Dr. Sun at vitenskapen om gravitasjonsbølger "har åpnet dører som tidligere var stengt for forskere." «Oppdagelsen av gravitasjonsbølger gir ikke bare informasjon om mystiske kompakte objekter i universet, som sorte hull og nøytronstjerner, men lar oss også søke etter nye partikler og mørk materie. Fremtidige gravitasjonsbølgedetektorer vil helt sikkert åpne for flere muligheter. Vi vil kunne trenge dypere inn i universet og oppdage mer informasjon om disse partiklene. For eksempel vil deteksjon av bosonskyer med gravitasjonsbølgedetektorer gi viktig informasjon om mørk materie og bidra til å fremme andre søk etter mørk materie. Det vil også forbedre vår forståelse av partikkelfysikk mer bredt, sa hun.
En annen viktig oppdagelse var at studien kastet lys over sannsynligheten for eksistensen av bosonskyer i galaksen vår, gitt deres alder. Dr Sun sa at styrken til enhver gravitasjonsbølge avhenger av skyens alder, med eldre skyer som sender svakere signaler. "Bosonskyen trekker seg sammen når den mister energi, og sender ut gravitasjonsbølger," sa Dr. Sun.
"Vi lærte at en viss type bosonskyer yngre enn 1000 år er usannsynlig å eksistere noe sted i vår galakse, og skyer som er opptil 10 millioner år gamle er usannsynlig å eksistere innen omtrent 3260 lysår fra Jorden."
Les også: