A busca por ondas gravitacionais – pulsações no espaço e no tempo causadas por grandes cataclismos cósmicos – pode ajudar a resolver um dos outros mistérios do universo – nuvens de bósons e se elas são o principal candidato à matéria escura.
Para detectar potenciais nuvens de bósons, os pesquisadores usam instrumentos poderosos, como o Observatório Avançado de Ondas Gravitacionais Interferométricas a Laser (LIGO), Virgo Advanced e KAGRA, que registram ondas gravitacionais de até bilhões de anos-luz de distância.
Nuvens de bósons, compostas de partículas subatômicas ultraleves que são praticamente indetectáveis, foram propostas como uma possível fonte de matéria escura, que compõe cerca de 85% de toda a matéria do universo.
Agora, um novo e importante estudo internacional da colaboração LIGO-Virgo-KAGRA liderado por cientistas da Australian National University (ANU) oferece uma das melhores oportunidades para encontrar essas partículas subatômicas procurando ondas gravitacionais causadas por nuvens de bósons orbitando buracos negros .
Lilly Sun, do Centro de Astrofísica Gravitacional da ANU, disse que o estudo foi o primeiro levantamento de todo o céu do mundo projetado para procurar ondas gravitacionais previstas emanadas de possíveis nuvens de bósons perto de buracos negros em rápida rotação.
"É quase impossível detectar essas partículas de bósons ultraleves na Terra. Essas partículas, se existirem, têm massa extremamente baixa e raramente interagem com outra matéria, que é uma das principais propriedades que a matéria escura parece ter”. A matéria escura é um material que não pode ser visto diretamente, mas sabemos que a matéria escura existe porque afeta objetos que podemos observar. Mas ao sondar as ondas gravitacionais emitidas por essas nuvens, podemos ser capazes de rastrear essas partículas bosônicas indescritíveis e talvez decifrar o código da matéria escura. Nossa pesquisa também pode nos permitir descartar algumas partículas de bósons ultraleves que nossas teorias sugerem que podem existir, mas na verdade não existem”, disse o Dr. Sun.
Dr. Sun, que também é um pesquisador júnior no Centro de Excelência ARC para Detecção de Ondas Gravitacionais (OzGrav), diz que detectores de ondas gravitacionais permitem aos pesquisadores estudar a energia de buracos negros em rotação rápida emitidos por tais nuvens, se existirem.
"Acreditamos que esses buracos negros prendem um grande número de partículas bosônicas em seu poderoso campo gravitacional, criando uma nuvem que se correlaciona com elas. Essa dança existe há milhões de anos e continua a gerar ondas gravitacionais que viajam pelo espaço”, disse ela.
Embora os pesquisadores ainda não tenham detectado ondas gravitacionais de nuvens de bósons, Sun disse que a ciência das ondas gravitacionais "abriu portas que antes estavam fechadas para os cientistas". "A descoberta das ondas gravitacionais não apenas fornece informações sobre misteriosos objetos compactos no universo, como buracos negros e estrelas de nêutrons, mas também nos permite procurar novas partículas e matéria escura. Futuros detectores de ondas gravitacionais certamente abrirão mais possibilidades. Seremos capazes de penetrar mais profundamente no universo e descobrir mais informações sobre essas partículas. Por exemplo, a detecção de nuvens de bósons por detectores de ondas gravitacionais fornecerá informações importantes sobre a matéria escura e ajudará a avançar em outras pesquisas de matéria escura. Também melhorará nossa compreensão da física de partículas de maneira mais ampla”, disse ela.
Outra descoberta importante foi que o estudo lançou luz sobre a probabilidade da existência de nuvens de bósons em nossa galáxia, dada sua idade. Sun disse que a força de qualquer onda gravitacional depende da idade da nuvem, com nuvens mais velhas enviando sinais mais fracos. "A nuvem de bósons se contrai à medida que perde energia, enviando ondas gravitacionais", disse o Dr. Sun.
“Aprendemos que é improvável que um certo tipo de nuvem de bósons com menos de 1000 anos exista em qualquer lugar da nossa galáxia, e nuvens com até 10 milhões de anos dificilmente existirão a cerca de 3260 anos-luz da Terra”.
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