Polowanie na fale grawitacyjne, zmarszczki w czasoprzestrzeni spowodowane przez wielkie kosmiczne kataklizmy, może pomóc w rozwiązaniu jednej z palących tajemnic Wszechświata – chmur bozonów i tego, czy są one głównym pretendentem do miana ciemnej materii.
Naukowcy używają potężnych instrumentów, takich jak zaawansowane detektory fal grawitacyjnych LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory), Virgo i KAGRA, które wykrywają fale grawitacyjne oddalone nawet o miliardy lat świetlnych, aby zlokalizować potencjalne chmury bozonów.
Chmury bozonowe, składające się z ultralekkich cząstek subatomowych, które są prawie niemożliwe do wykrycia, zostały zasugerowane jako możliwe źródło ciemnej materii – która stanowi około 85% całej materii we Wszechświecie.
Nowe, ważne badania przeprowadzone w ramach współpracy LIGO-Virgo-KAGRA oferują jeden z najlepszych sposobów na odnalezienie tych subatomowych cząstek poprzez poszukiwanie fal grawitacyjnych wywołanych przez chmury bozonów krążące wokół czarnych dziur.
Dr Lilli Sun z Centrum Astrofizyki Grawitacyjnej ANU powiedziała, że badanie to jest pierwszym na świecie przeglądem całego nieba dostosowanym do poszukiwania przewidywanych fal grawitacyjnych pochodzących z możliwych obłoków bozonów w pobliżu gwałtownie wirujących czarnych dziur.
Bozony, jeżeli istnieją, mają bardzo małą masę i rzadko oddziałują z inną materią – co jest jedną z kluczowych właściwości, które wydaje się posiadać ciemna materia. Ciemna materia to materia, której nie można zobaczyć, ale wiemy, że istnieje, ponieważ oddziałuje na obiekty, które możemy obserwować – powiedziała dr Sun.
Jednak poszukując fal grawitacyjnych emitowanych przez te obłoki możemy być w stanie wytropić te nieuchwytne cząsteczki i być może złamać kod ciemnej materii. Nasze poszukiwania mogą również pozwolić nam wykluczyć pewne ultralekkie bozony, o których nasze teorie mówią, że mogą istnieć, ale w rzeczywistości nie istnieją.
Dr Sun powiedziała, że detektory fal grawitacyjnych pozwolą badaczom na zbadanie energii szybko rotujących czarnych dziur wydobywanych przez takie chmury, jeżeli one istnieją.
Uważamy, że czarne dziury zatrzymują olbrzymią liczbę bozonów w swoim potężnym polu grawitacyjnym, tworząc chmury krążące wspólnie z nimi. Ten delikatny taniec trwa przez miliony lat i wciąż generuje fale grawitacyjne, które rozchodzą się w przestrzeni kosmicznej – powiedziała.
Chociaż naukowcy nie wykryli jeszcze fal grawitacyjnych z chmur bozonów, dr Sun powiedziała, że nauka o falach grawitacyjnych otworzyła drzwi, które wcześniej były zamknięte dla naukowców.
W kolejnym znaczącym przełomie badania rzuciły również więcej światła na możliwość istnienia chmur bozonowych w naszej własnej Galaktyce, biorąc pod uwagę ich wiek.
Dr Sun powiedziała, że siła fal grawitacyjnych zależy od wieku chmury, przy czym starsze z nich wysyłają słabsze sygnały.
Chmura bozonów kurczy się wysyłając fale grawitacyjne – powiedziała dr Sun.
Dowiedzieliśmy się, że szczególny rodzaj chmur bozonów młodszej niż 1000 lat prawdopodobnie nie istnieje nigdzie w naszej Galaktyce, podczas gdy chmury, które mają 10 mld lat, prawdopodobnie nie istnieją w promieniu około 3260 lat świetlnych od Ziemi.
Więcej informacji:
- Mysterious clouds could offer new clues on dark matter
- All-sky search for gravitational wave emission from scalar boson clouds around spinning black holes in LIGO O3 data
Źródło: ANU
Opracowanie:
Agnieszka Nowak
Na ilustracji: Wizja artystyczna czarnej dziury. Źródło: NASA
