Физики из Массачусетского технологического института и европейских научных центров разработали новый способ поиска темной материи с помощью гравитационных волн. В одном из сигналов ученые обнаружили признаки, которые могут указывать на ее присутствие, говорится в статье, опубликованной в журнале Physical Review Letters.
Темная материя остается одной из главных нерешенных проблем современной физики. По оценкам специалистов, на нее приходится более 85 процентов всей материи во Вселенной, однако напрямую ее наблюдать нельзя: она не взаимодействует со светом и проявляет себя через гравитационное воздействие.
Авторы исследования предположили, что следы темной материи могут сохраняться в гравитационных волнах. Такая рябь пространства-времени возникает, в частности, при слиянии черных дыр. Если перед столкновением черные дыры проходят через плотное облако темной материи, форма сигнала может измениться.
Для проверки этой идеи ученые изучили данные международной сети гравитационных обсерваторий ЛИГО, Вирго и КАГРА. В работе рассмотрели 28 наиболее четких событий слияния черных дыр, зафиксированных за первые три наблюдательные кампании.
В 27 случаях сигналы соответствовали обычной картине столкновения в пустом пространстве. Однако событие ГВ190728, зарегистрированное 28 июля 2019 года, отличалось от остальных. По расчетам исследователей, его особенности могут быть связаны с прохождением черных дыр через плотную среду темной материи.
Один из авторов работы Хосу Ауррекоэчеа подчеркнул, что статистической значимости пока недостаточно, чтобы говорить об открытии темной материи. При этом такие модели важны, поскольку без них подобные слияния можно ошибочно считать происходящими в вакууме.
Исследователи рассматривают вариант, при котором темная материя состоит из сверхлегких частиц. Они способны образовывать плотные структуры вокруг быстро вращающихся черных дыр. В таком случае энергия вращения черной дыры может усиливать концентрацию темной материи. Этот процесс известен как сверхизлучение.
Авторы считают, что предложенный подход может стать особенно полезным в ближайшие годы. По мере накопления новых данных детекторами гравитационных волн ученые смогут искать признаки темной материи в масштабах, которые ранее были недоступны для исследований.