Việc săn lùng sóng hấp dẫn – những xung trong không gian và thời gian do các trận đại hồng thủy vũ trụ gây ra – có thể giúp giải quyết một trong những bí ẩn khác của vũ trụ – các đám mây boson và liệu chúng có phải là đối thủ chính của vật chất tối hay không.
Để phát hiện các đám mây boson tiềm năng, các nhà nghiên cứu sử dụng các công cụ mạnh mẽ như Đài quan sát nâng cao sóng hấp dẫn giao thoa kế laser (LIGO), Virgo Advanced và KAGRA, ghi lại các sóng hấp dẫn cách xa hàng tỷ năm ánh sáng.
Các đám mây Boson, bao gồm các hạt hạ nguyên tử siêu nhẹ hầu như không thể phát hiện được, đã được đề xuất như một nguồn vật chất tối khả dĩ, chiếm khoảng 85% toàn bộ vật chất trong vũ trụ.
Giờ đây, một nghiên cứu quốc tế lớn mới của sự hợp tác LIGO-Virgo-KAGRA do các nhà khoa học từ Đại học Quốc gia Úc (ANU) dẫn đầu mang đến một trong những cơ hội tốt nhất để tìm ra các hạt hạ nguyên tử này bằng cách tìm kiếm sóng hấp dẫn do các đám mây boson quay quanh lỗ đen gây ra. .
Tiến sĩ Lilly Sun, từ Trung tâm Vật lý thiên văn hấp dẫn của ANU, cho biết nghiên cứu này là cuộc khảo sát toàn bộ bầu trời đầu tiên trên thế giới được thiết kế để tìm kiếm các sóng hấp dẫn dự đoán phát ra từ các đám mây boson có thể xảy ra gần các lỗ đen đang quay nhanh.
"Gần như không thể phát hiện ra những hạt boson siêu nhẹ này trên Trái đất. Những hạt này, nếu chúng tồn tại, có khối lượng cực thấp và hiếm khi tương tác với vật chất khác, đây là một trong những tính chất chính mà vật chất tối dường như có.” Vật chất tối là vật chất không thể nhìn thấy trực tiếp, nhưng chúng ta biết rằng vật chất tối tồn tại vì nó tác động lên các vật thể mà chúng ta có thể quan sát được. Nhưng bằng cách thăm dò sóng hấp dẫn phát ra từ những đám mây này, chúng ta có thể lần theo dấu vết của những hạt bosonic khó nắm bắt này và có lẽ giải được mã vật chất tối. Nghiên cứu của chúng tôi cũng có thể cho phép chúng tôi loại trừ một số hạt boson siêu nhẹ mà lý thuyết của chúng tôi đề xuất có thể tồn tại nhưng thực tế thì không,” Tiến sĩ Sun nói.
Tiến sĩ Sun, đồng thời là nhà nghiên cứu cơ sở tại Trung tâm Xuất sắc ARC về Phát hiện Sóng hấp dẫn (OzGrav), nói rằng máy dò sóng hấp dẫn cho phép các nhà nghiên cứu nghiên cứu năng lượng của các lỗ đen quay nhanh phát ra từ những đám mây như vậy, nếu chúng tồn tại.
"Chúng tôi tin rằng những lỗ đen này bẫy một số lượng lớn các hạt bosonic trong trường hấp dẫn mạnh mẽ của chúng, tạo ra một đám mây tương quan với chúng. Điệu nhảy này đã diễn ra hàng triệu năm và tiếp tục tạo ra sóng hấp dẫn truyền trong không gian,” cô nói.
Mặc dù các nhà nghiên cứu vẫn chưa phát hiện ra sóng hấp dẫn từ các đám mây boson, nhưng Tiến sĩ Sun cho biết khoa học về sóng hấp dẫn "đã mở ra những cánh cửa mà trước đây các nhà khoa học đã đóng lại." "Việc phát hiện ra sóng hấp dẫn không chỉ cung cấp thông tin về các vật thể nhỏ gọn bí ẩn trong vũ trụ, chẳng hạn như lỗ đen và sao neutron, mà còn cho phép chúng ta tìm kiếm các hạt và vật chất tối mới. Máy dò sóng hấp dẫn trong tương lai chắc chắn sẽ mở ra nhiều khả năng hơn. Chúng ta sẽ có thể thâm nhập sâu hơn vào vũ trụ và khám phá thêm thông tin về các hạt này. Ví dụ, việc phát hiện các đám mây boson bằng máy dò sóng hấp dẫn sẽ cung cấp thông tin quan trọng về vật chất tối và giúp thúc đẩy các cuộc tìm kiếm vật chất tối khác. Nó cũng sẽ nâng cao hiểu biết của chúng ta về vật lý hạt một cách rộng rãi hơn,” cô nói.
Một khám phá quan trọng khác là nghiên cứu đã làm sáng tỏ khả năng tồn tại của các đám mây boson trong thiên hà của chúng ta, dựa trên tuổi của chúng. Tiến sĩ Sun cho biết cường độ của bất kỳ sóng hấp dẫn nào cũng phụ thuộc vào tuổi của đám mây, với những đám mây già hơn sẽ gửi tín hiệu yếu hơn. Tiến sĩ Sun cho biết: “Đám mây boson co lại khi nó mất năng lượng, phát ra sóng hấp dẫn.
"Chúng tôi biết được rằng một loại đám mây boson nào đó trẻ hơn 1000 năm dường như không tồn tại ở bất kỳ đâu trong thiên hà của chúng ta và những đám mây có tuổi đời lên tới 10 triệu năm dường như không tồn tại trong khoảng 3260 năm ánh sáng tính từ Trái đất."
Đọc thêm: