Ученые придумали новый способ найти темную материю — в этом нам помогут следы черных дыр

Эти сигналы можно сравнить с обычными волнами, которые возникают при броске камня в воду. Влияние гравитационных волн на Земле ощутить невозможно — наша планета слишком маленькая, чтобы их воздействие хоть как-то повлияло на нее.

В 2021 году ученые обнаружили наибольшее количество гравитационных волн за всю историю наблюдений — за практически шесть лет исследователи уловили более ста гравитационно-волновых событий.

Большинство событий было вызвано слиянием черных дыр — и мы писали о самых интересных из них. Например, сигнал GW190521 предположительно дошел до нас после слияния двух черных дыр, которое создало невозможную черную дыру.

Также летом ученые впервые смогли зафиксировать поглощение нейтронной звезды черной дырой — это первый раз, когда астрофизикам удалось попасть на след подобного события.

Поглощение нейтронной звезды черной дырой

Однако чем больше мы узнаем о гравитационным волнах, тем лучше понимаем их свойства. Со временем ученые уверены, что они помогут нам раскрыть не одну тайну Вселенной. Так, исследователи рассчитывают однажды уловить космологические гравитационные волны, которые могли возникнуть в ранней Вселенной и, возможно, помогут нам «услышать» Большой взрыв. А некоторые ученые надеются, что гравитационные волны однажды помогут нам справиться с «надвигающимся кризисом космологии» — невозможности уточнить скорость расширения Вселенной.

Еще одно потенциальное применение этих мощных сигналов — поиск темной материи. Это загадочный компонент космоса, который занимает 85% материальной Вселенной. Все, что окружает нас — от автомобилей до гигантских планет и звезд — занимает лишь 15% нашего мира.

Ученые ни разу не видели темную материю напрямую, однако мы знаем о ее существовании, поскольку она взаимодействует с теми объектами, которые мы можем непосредственно наблюдать. Считается, что темная материя является основой крупнейшей структуры Вселенной — космической паутины. Именно на переплетениях этих «паутинок» и формируются галактики.

Откуда взялась темная материя, что удерживает ее в пространстве — это малая часть вопросов, на которые ученые до сих пор не могут найти ответы. Однако на данный момент главной их задачей является практическое доказательство ее существования. И в этом нам также могут помочь гравитационные волны.

«Гравитационные волны не только дают нам информацию о загадочных компактных объектах вроде нейтронных звезд или черных дыр; они так помогут нам в поисках новых частиц и темной материи», — говорит Лили Сан, астрофизик из Австралийского национального университета.

Сан — одна из соавторов нового исследования, которое вышло на сервисе препринтов arXiv. Ученые предлагают искать темную материю в облаках бозонов — сверхлегких субатомных частиц, предсказанных теориями, выходящими за рамки Стандартной модели.

Эти частицы практически невозможно обнаружить на Земле. Если они и существуют, то обладают чрезвычайно маленькой массой и практически не взаимодействуют с другой материей. А это, в свою очередь, является одним из ключевых свойств темной материи. Ученые считают, что эти частицы можно будет обнаружить возле самых мощных космических лабораторий во Вселенной — возле активных черных дыр.

«Нам кажется, что эти черные дыры захватывают огромное количество бозонных частиц своим мощным гравитационным полем, создавая вращающееся облако. Этот танец длится в течении миллионов лет и генерирует гравитационные волны, которые несутся сквозь весь космос», — объясняет Сан.

До сих пор исследователи не фиксировали ни одной подобной гравитационной волны, однако дело не в отсутствии попыток это сделать — просто предыдущие эксперименты были сосредоточены исключительно на Млечном Пути.

Мы узнали, что определенные бозонные облака вряд ли существует где-то в нашей галактике. Облака возрастом до 10 миллионов лет также вряд ли будут существовать на расстоянии примерно 3260 световых лет от Земли", — говорит ученая. Сейчас исследователи планируют улучшить свои методы поиска — тем более, что над детекторами гравитационных волн LIGO и Virgo прямо сейчас работают инженеры, чтобы со временем ученые получили более мощную технику.

«Это значительно увеличит вероятность обнаружения гравитационного излучения от этих интересных источников», — пишут исследователи в своей статье.