Полювання за гравітаційними хвилями – пульсаціями у просторі і часі, викликаними великими космічними катаклізмами, – може допомогти розгадати одну з інших таємниць Всесвіту – бозонні хмари і те, чи є вони головним претендентом на темну матерію.
Для виявлення потенційних бозонних хмар дослідники використовують потужні прилади, такі як удосконалена лазерна інтерферометрична гравітаційно-хвильова обсерваторія (LIGO), удосконалені Virgo та KAGRA, які реєструють гравітаційні хвилі на відстані до мільярдів світлових років.
Бозонні хмари, що складаються з надлегких субатомних частинок, які практично неможливо виявити, були запропоновані як можливе джерело темної матерії, що становить близько 85% усієї матерії у Всесвіті.
Тепер нове велике міжнародне дослідження, проведене в рамках колаборації LIGO-Virgo-KAGRA під керівництвом учених з Австралійського національного університету (ANU), пропонує одну з найкращих можливостей для пошуку цих субатомних частинок шляхом пошуку гравітаційних хвиль, викликаних хмарами бозонів, що обертаються навколо чорних дір.
Доктор Ліллі Сан з Центру гравітаційної астрофізики ANU заявила, що це дослідження є першим у світі оглядом всього неба, призначеним для пошуку передбачених гравітаційних хвиль, що виходять від можливих бозонних хмар поблизу чорних дір, що швидко обертаються.
«Виявити ці надлегкі бозонні частки на Землі практично неможливо. Ці частинки, якщо вони існують, мають надзвичайно малу масу і рідко взаємодіють з іншою матерією, що є однією з ключових властивостей, яку, мабуть, має темна матерія». Темна матерія – це матеріал, який не можна побачити безпосередньо, але ми знаємо, що темна матерія існує, тому що вона впливає на об’єкти, які ми можемо спостерігати. Але, досліджуючи гравітаційні хвилі, що випромінюються цими хмарами, ми зможемо відстежити ці невловимі бозонні частинки і, можливо, розгадати код темної матерії. Наші пошуки можуть також дозволити нам виключити деякі надлегкі бозонні частинки, які, згідно з нашими теоріями, можуть існувати, але на насправді їх немає», – сказала доктор Сун.
Доктор Сун, яка також є молодшим дослідником Центру передового досвіду ARC з виявлення гравітаційних хвиль (OzGrav), говорить, що детектори гравітаційних хвиль дозволяють дослідникам вивчити енергію чорних дір, що швидко обертаються, що виділяється такими хмарами, якщо вони існують.
«Ми вважаємо, що ці чорні діри затримують величезну кількість бозонних частинок у своєму потужному гравітаційному полі, створюючи хмару, що корелює з ними. Цей танець триває мільйони років і продовжує генерувати гравітаційні хвилі, які поширюються у просторі», – сказала вона.
Хоча дослідники ще не виявили гравітаційні хвилі від бозонних хмар, доктор Сун сказала, що наука про гравітаційні хвилі «відчинила двері, які раніше були замкнені для вчених». «Відкриття гравітаційних хвиль не тільки дають інформацію про загадкові компактні об’єкти у Всесвіті, такі як чорні діри та нейтронні зірки, а й дозволяють нам шукати нові частинки та темну матерію. Майбутні детектори гравітаційних хвиль, безумовно, відкриють більше можливостей. Ми зможемо проникнути глибше у Всесвіт і виявити більше відомостей про ці частинки. Наприклад, виявлення бозонних хмар за допомогою детекторів гравітаційних хвиль принесе важливі відомості про темну матерію та допоможе просунути інші пошуки темної матерії. Це також покращить наше розуміння фізики частинок у ширшому значенні», – сказала вона.
Ще одним важливим відкриттям стало те, що дослідження пролило світло на ймовірність існування бозонних хмар у нашій галактиці, врахувавши їхній вік. Доктор Сун сказала, що сила будь-якої гравітаційної хвилі залежить від віку хмари, причому старіші хмари посилають слабші сигнали. «Бозонна хмара стискається, оскільки втрачає енергію, посилаючи гравітаційні хвилі», – сказала доктор Сун.
«Ми дізналися, що певний тип бозонних хмар молодше 1000 років навряд чи існує десь у нашій галактиці, а хмари, вік яких досягає 10 млн років, навряд чи існують на відстані близько 3260 світлових років від Землі».
Читайте також: