Вчені вважають, що темну матерію могли виявити ще в 2019 році. Це відкриття може бути заховане в існуючих даних про гравітаційні хвилі – коливання в структурі простору-часу.
Фізики з США, Великої Британії та Європи пропонують, що якщо дві чорні діри зіткнуться, перебуваючи в хмарі темної матерії, гравітаційні хвилі, які вони випромінюють, можуть нести відбиток цього середовища.
Коли вони застосували свою модель до десятків виявлень гравітаційних хвиль, вони знайшли одне подія, яка потенційно підходить під це визначення.
Хоча це ще не підтвердження, команда вважає, що це може призвести до нового способу дослідження як гравітаційних хвиль, так і темної матерії.
"Використання чорних дір для пошуку темної матерії було б фантастично", – говорить Родріго Вісенте, фізик з Амстердамського університету.
"Ми змогли б досліджувати темну матерію на масштабах, набагато менших, ніж будь-коли раніше".
У 1916 році Ейнштейн опублікував свою загальну теорію відносності, яка описує гравітацію як продукт, пов'язаний з вигином простору-часу. Його прогнози пізніше були підтверджені, але одне питання залишалося невирішеним майже століття.
Ейнштейн передбачив, що рухи об'єктів великої маси – наприклад, злиття чорних дір або нейтронних зір – можуть відправляти хвилі через простір-час зі швидкістю світла.
Ці гравітаційні хвилі були безпосередньо виявлені лише в 2015 році, і з тих пір було зафіксовано сотні подій.
Кожна з них несе інформацію про саму подію, включаючи маси залучених об'єктів.
Зазвичай це злиття чорних дір різних розмірів, пари нейтронних зір або чорні діри, які поглинають зоряні залишки. Інші можуть натякати на більш екзотичні об'єкти, такі як червоточини.
Дослідники нової роботи задумалися, чи можуть інші дані ховатися в сигналах гравітаційних хвиль.
Зокрема, чи можуть вони допомогти вирішити іншу давню загадку: загадку темної матерії, дивного матеріалу, який, як передбачається, пронизує Всесвіт і взаємодіє з звичайною матерією лише через свій гравітаційний вплив.
Одна з моделей описує темну матерію як складену з ультралегких частинок. Ці частинки можуть формувати поле і діяти колективно як хвиля в екстремальних умовах – наприклад, поблизу інтенсивної гравітації чорних дір.
Обертальні чорні діри вже відомі тим, що перетягують простір-час навколо себе, тому не дивно, що ця енергія обертання також може впливати на хмари темної матерії.
Ці хмари повинні змінювати динаміку бінарних чорних дір, коли вони зіткнуться, і це повинно залишати специфічні відбитки в гравітаційних хвилях, які вони випромінюють.
Команда змоделювала, який вплив це явище матиме на сигнали гравітаційних хвиль, коли вони досягнуть наших детекторів, і порівняла їх зі злиттями, які відбуваються в середовищі без великої хмари темної матерії.
Вони застосували свою модель до 28 виявлень, зроблених мережею гравітаційних хвиль: LIGO в США, Virgo в Італії та KAGRA в Японії. З них 27 сигналів показали патерни, які, ймовірно, походять з вакууму.
Але одна подія, виявлена в липні 2019 року і позначена GW190728, показала патерн, що відповідає злиттю пар чорних дір у щільній хмарі темної матерії.
Це дійсно цікаве відкриття, але дослідники застерігають від того, щоб робити будь-які сильні висновки поки що.
"Статистична значущість цього не є достатньо високою, щоб стверджувати про виявлення темної матерії, і подальші перевірки повинні бути проведені незалежними групами", – говорить фізик Хосе Ауррекоетxea з MIT.
"Ми вважаємо, що важливо підкреслити, що без моделей хвиль, подібних до нашої, ми могли б виявляти злиття чорних дір у середовищах темної матерії, але систематично класифікувати їх як такі, що відбулися у вакуумі".
Цікавий факт
Темна матерія становить близько 27% маси Всесвіту, але досі залишається невидимою і не піддається безпосередньому виявленню.