|
Темная материя меняет сигналы гравитационных волн
|
|
|
|
Темная материя считается одним из ключевых компонентов космоса. Впервые о возможности ее существования заговорил Фриц Цвикки еще в 1930-х. Позже, наблюдая за вращением галактик, Вера Рубин и Кент Форд показали, что видимого вещества недостаточно для объяснения их динамики. Сегодня ученые предполагают, что темная материя играет решающую роль в формировании галактик и крупномасштабной структуры Вселенной — структуры распределения вещества на самых больших наблюдаемых масштабах. Правда, природа этой таинственной субстанции по-прежнему не известна.
|
|
|
|
Возможными кандидатами на роль темной материи долгое время считались слабо взаимодействующие массивные частицы — вимпы (WIMPs). Помимо того, что они неплохо вписываются в Стандартную космологическую модель, популярность им принесло так называемое WIMP-чудо: теоретическое совпадение, объясняющее наблюдаемую сегодня плотность темной материи. Вот только ни один эксперимент не дал однозначного подтверждения существования вимпов, поэтому исследователи активно изучают и другие варианты, о чем Naked Science рассказывал ранее.
|
|
|
|
В последние годы важным инструментом для изучения Вселенной стали гравитационные волны (гравиволны) — рябь пространства-времени, возникающая при ускоренном движении массивных объектов. Напомним, их существование было предсказано Альбертом Эйнштейном, а первое прямое обнаружение состоялось в 2015 году. С тех пор гравитационно-волновая астрономия быстро развивается: детекторы LIGO, VIRGO и KAGRA регистрируют десятки событий, а будущие интерферометры, включая LISA, Taiji и TianQin, смогут наблюдать низкочастотные волны от гораздо более массивных и удаленных систем.
|
|
|
|
|
|
|
Авторы нового исследования, опубликованного на сервере препринтов Корнеллского университета, рассмотрели несколько механизмов, с помощью которых темная материя может влиять на гравитационные волны. Выяснилось, что она способна менять динамику самих источников волн.
|
|
|
|
Например, если вокруг сверхмассивной черной дыры существует плотное облако темной материи, объект меньшей массы — черная дыра или нейтронная звезда — будет постепенно терять энергию не только из-за излучения гравиволн, но и из-за взаимодействия с окружающей невидимой материей.
|
|
|
|
Такой эффект называют динамическим трением: частицы темной материи создают дополнительное сопротивление движению объекта, в результате чего его орбита эволюционирует медленнее или быстрее. Это, в свою очередь, отражается на фазе и форме гравитационного сигнала, который регистрируют детекторы.
|
|
|
|
Кроме того, темная материя может влиять на распространение самих гравиволн. Если на пути сигнала находятся плотные скопления невидимого вещества, они могут действовать как своеобразные гравитационные линзы, искривляя траекторию волн и меняя их амплитуду. В некоторых случаях это способно приводить к характерным колебаниям интенсивности сигнала или даже к появлению нескольких копий одной и той же волны, пришедших к детектору с небольшим временным запаздыванием.
|
|
|
|
При этом влияние темной материи может проявляться непосредственно в детекторах, теоретически оставляя в данных характерный периодический сигнал. К этим выводам астрофизики пришли, проведя теоретические расчеты того, как облака темной материи вокруг черных дыр и прочих компактных объектов влияют на их орбиты и форму регистрируемых гравиволн.
|
|
|
|
Если подобные эффекты удастся обнаружить в реальных наблюдениях, гравитационно-волновая астрономия может стать новым инструментом поиска темной материи. В этом случае ученые смогут изучать ее свойства не через редкие столкновения частиц в лабораториях, а по тонким искажениям сигналов от космических катастроф. Впервые «увидеть» распределение невидимого вещества во Вселенной позволят будущие интерферометры, прежде всего миссия LISA, запуск которой запланирован на 2034 год.
|
|
|
|
Источник
|
