Темная материя — одна из самых больших загадок космологии. Увидеть ее невозможно, но при этом она составляет четверть Вселенной. В новом исследовании астрономы предположили, что облака из этих гипотетических сверхлегких частиц могут скапливаться вокруг черных дыр. И существует возможность обнаружить их с помощью гравитационных волн.
Проявляясь только через гравитационное взаимодействие, темная материя никак не дается в руки ученых, выдвигающих гипотезу за гипотезой о том, чем она может быть и как ее обнаружить. Одними из возможных кандидатов считаются сверхлегкие бозоны.
Бозоны — класс частиц, к которым принадлежат фотоны и бозоны Хиггса, но есть мнение, что существуют неоткрытые бозоны с чрезвычайно низкой массой. Если так, то они могут заполнить один из самых широких пробелов в нашем понимании Вселенной. Правда, обнаружить такие легкие бозоны на Земле почти невозможно. У них очень низкая масса, и они редко взаимодействуют с другой материей — эта черта у них общая с темной материей.
Поэтому команда астрономов из коллабораций LIGO, Virgo и KARGA занялась поисками сигналов, которые могут свидетельствовать о присутствии сверхлегких бозонов. Поскольку темная материя взаимодействует через гравитацию, ученые обратились к гравитационным волнам, ряби на ткани пространства-времени, пишет New Atlas.
С момента обнаружения первых гравитационных волн в 2015 году были зафиксированы десятки сигналов, которые обычно возникают в результате столкновения плотных объектов вроде черных дыр или нейтронных звезд. Но их источником могут быть и менее заметные феномены, генерирующие более длинные волны на определенных частотах.
Ученые считают, что сверхлегкие бозоны могут собираться в облака вокруг быстро вращающихся черных дыр, замедляя их вращение. Постепенно облака начинают сокращаться, так как бозоны аннигилируются, генерируя гравитационные волны с определенными параметрами, которые могут засечь детекторы.
«Мы полагаем, что черные дыры удерживают огромное количеств бозонов в своем мощном гравитационном поле, создавая облако, вращающееся вместе с ними, — сказала Лилли Сунь, соавтор исследования. — Этот изысканный танец продолжается миллионы лет и создает гравитационные волны, мчащиеся по космосу. Обнаружив возникшие в этих облаках гравитационные волны, мы сможем отследить ускользающие бозоны и, возможно, взломать код темной материи».
Ученые уже проанализировали данные, собранные детектором LIGO. К сожалению, следов бозонов обнаружено не было. Это не значит, что гипотеза ошибочна. Возможно, следует искать другой тип бозонов, а также скорректировать возраст облаков и расстояние до них. Поскольку с возрастом они уменьшаются, сигналы старых облаков слабее.
Недавно международная команда физиков предложила новую гипотезу темной материи. Возможно, в ранней Вселенной частицы темной материи начали преобразовывать обычную материю в темную в геометрической прогрессии, но затем этот процесс замедлился благодаря расширению.
