EVERYTHING
За даними Physicsworld, міжнародна команда дослідників розробила математичну модель, яка прогнозує зміни у гравітаційно-хвильовому випромінюванні під час руху бінарних систем чорних дір крізь середовище темної матерії. Гравітаційні хвилі — це викривлення простору-часу, що виникають під час злиття компактних об'єктів. У присутності темної матерії ці хвилі можуть нести у собі відбитки навколишнього середовища, що відкриває новий шлях для вивчення природи речовини, яка складає понад 80% маси всесвіту.
Механізм взаємодії та суперрадіанс
Одним із основних кандидатів на роль темної матерії є легкий скалярний бозон — надзвичайно мала частинка, що може демонструвати когерентну хвильову поведінку. У присутності обертальних чорних дір відбувається процес суперрадіансу: енергія обертання переходить до навколишнього поля ультралегких бозонів. Це призводить до формування щільних хмар темної матерії навколо чорних дір, які модифікують динаміку бінарних систем і вносять характерні відхилення у випромічувані сигнали.
Для створення моделі команда використала складне чисельне релятивістське моделювання. Як зазначив Josu Aurrekoetxea з Massachusetts Institute of Technology, головним викликом було розрізнення реальних фізичних ефектів від помилок у коді: «Найважчим було переконатися, що ми справді розуміємо те, що нам кажуть симуляції. Небезпека чисельних методів полягає в тому, що можна обманути самого себе».
Тестування на реальних даних LVK
На відміну від багатьох досліджень, орієнтованих на майбутні космічні детектори, такі як Laser Interferometer Space Antenna, команда зосередилася на аналізі доступних сьогодні даних мережі LIGO–Virgo–KAGRA (LVK). Дослідники застосували свою модель до 28 публічних сигналів злиття:
- Порівняння кожного сигналу з прогнозною моделлю, модульованою темною матерією.
- Аналіз стандартних моделей злиття чорних дір у вакуумі.
- Виявлення статистичних відхилень у структурі хвиль.
Результати тестування показали, що 27 із 28 подій відповідають моделям злиття у порожньому просторі. Однак сигнал GW190728 продемонстрував слабку перевагу на користь моделі темної матерії, що свідчить про можливість виявлення таких відбитків за допомогою сучасного обладнання.
Це дослідження підтверджує потенціал використання гравітаційних хвиль як інструменту для зондування властивостей темної матерії вже сьогодні.