Przejdź do treści

Fale grawitacyjne mogą rzucać światło na ciemną materię

Zderzające się czarne dziury, fale grawitacyjne przemierzające czasoprzestrzeń – i ogromny instrument, który pozwala naukowcom badać strukturę Wszechświata. Może to wkrótce stać się rzeczywistością, gdy LISA (Laser Interferometer Space Antenna) podejmie działanie. Naukowcy z Uniwersytetu w Zurychu odkryli, że LISA może również rzucić światło na nieuchwytną cząstkę ciemnej materii.

LISA umożliwi astrofizykom obserwacje fal grawitacyjnych pochodzące od zderzających się czarnych dziur. LISA będzie składać się z trzech statków kosmicznych krążących wokół Słońca w stałej formacji trójkąta. Przechodzące fale grawitacyjne będą nieznacznie zniekształcać boki trójkąta, a owe minimalne zniekształcenia można wykryć za pomocą wiązek laserowych łączących statki kosmiczne. LISA może zatem nadać nowy sens postrzeganiu Wszechświata przez naukowców i umożliwić im badanie niewidocznych zjawisk w różnych widmach promieniowania.

Naukowcy z Centrum Astrofizyki Teoretycznej i Kosmologii Uniwersytetu w Zurychu, wraz z kolegami z Grecji i Kanady, odkryli, że LISA nie tylko będzie w stanie zmierzyć te nieodkryte wcześniej fale, ale może również pomóc w ujawnieniu sekretów o innej tajemniczej części Wszechświata: ciemnej materii.

Uważa się, że cząsteczki ciemnej materii stanowią około 85% materii we Wszechświecie. Jednak nadal są one tylko hipotetyczne – nazwa odnosi się do ich „ukrywania się” przed wszystkim wcześniejszymi próbami dostrzeżenia ich, nie mówiąc już o zbadaniu. Jednak obliczenia pokazują, że wiele galaktyk zostałoby rozerwanych na strzępy w czasie rotacji, gdyby nie były utrzymywane razem przez duże ilości ciemnej materii.

Jest to szczególnie prawdziwe w przypadku galaktyk karłowatych. Chociaż są one małe i słabe, są także najliczniejsze we Wszechświecie. To, co czyni je szczególnie interesującymi dla astrofizyków, to fakt, że ich struktury są zdominowane przez ciemną materię, dzięki czemu są naturalnym laboratorium do badania tej nieuchwytnej formy materii.

Jak poinformowano w Astrophysical Journal Letters, wysokiej rozdzielczości symulacje komputerowe narodzin galaktyk karłowatych przyniosły zaskakujące wyniki. Obserwując wzajemne oddziaływanie ciemnej materii, gwiazd i czarnych dziur znajdujących się w centrach galaktyk, zespół naukowców w Zurychu odkrył silny związek między tempem łączącymi się czarnych dziur a ilością ciemnej materii w centrach galaktyk karłowatych. Pomiar fal grawitacyjnych emitowanych z łączących się czarnych dziur może dostarczyć wskazówek na temat właściwości hipotetycznej cząstki ciemnej materii.

Nowo odnaleziony związek pomiędzy czarnymi dziurami a ciemną materią można teraz po raz pierwszy opisać w matematyczny i dokładny sposób. Ale jak podkreśla Lucio Mayer, lider grupy, nie jest to przypadkowe odkrycie. Ciemna materia to wyróżniająca się cecha galaktyk karłowatych. Dlatego też naukowcy od dawna podejrzewali, że powinna mieć wyraźny wpływ na właściwości kosmologiczne. 

Opracowanie:
Agnieszka Nowak

Więcej:
Gravitational Waves Could Shed Light on Dark Matter

Źródło: University of Zurich

Na zdjęciu: Migawki z symulacji 120 mln cząstek z dwóch łączących się galaktyk karłowatych, z których każda zawiera czarną dziurę. Źródło: Thomas Tamfal/UZH