Ученые заметили гравитационную волну с признаками влияния темной материи
Темная материя (если она есть), как известно, с электромагнитными силами не взаимодействует, а только с гравитацией. Поэтому гравитационные волны, порожденные слиянием черных дыр, могут нести ее следы.
Похоже, один такой сигнал зарегистрировал детектор LIGO. Таковы результаты проверки нового метода поиска темной материи, статья о котором вышла в журнале Physical Review Letters.
«Мы знаем, что темная материя вокруг нас есть. Просто она должна быть достаточно плотной, чтобы мы могли заметить ее влияние. Черные дыры дают механизм усиления этой плотности, и теперь мы можем искать ее, анализируя гравитационные волны, испускаемые при их слиянии», — говорит один из разработчиков метода Йосу Ауррекоецеа с факультета физики Массачусетского технологического института.
Один из классов предлагаемой темной материи состоит из «легких скалярных» частиц, массы которых на много порядков меньше, чем у электрона. Теоретики предсказывают, что такая темная материя вблизи черных дыр должна вести себя не просто как набор частиц, а как согласованные волны.
Черные дыры своим вращением уплотняют эти частицы — примерно как сливки взбивают в масло. И если происходит слияние с «громким эхом» в виде гравитационной волны, пройдя через «сгустившееся» поле темной материи, она должна изменить свою форму.
Ученые провели детальные численные симуляции, чтобы предсказать гравитационную волну, которая возникнет при различных свойствах двух сливающихся черных дыр. Протестировали множество различных сценариев такого столкновения, меняя размер и массу черных дыр, плотность темной материи, которую они могли бы раскрутить, среду темной материи, сквозь которую проходили волны.
Метод проверили на общедоступных данных, собранных основными гравитационными детекторами. Выбрали 28 самых четких сигналов и сравнили с тем, что предсказало моделирование.
Только одна из них оказалась по форме ближе к волне, которая в модели соответствовала слиянию черных дыр в облаке темной материи — GW190728.
Это гравитационная волна, зарегистрированная детектором LIGO 28 июля 2019 года. По расчетам, она испущена слиянием черных дыр с общей массой около 20 солнечных.
«Статистическая значимость этого результата пока недостаточна, чтобы заявлять об открытии темной материи, и необходимы дополнительные проверки со стороны независимых групп, — подчеркивает Ауррекоецеа. — Тут важно другое: без таких моделей формы сигнала, как наша, мы бы все слияния черных дыр считали случившимися в вакууме — а они, вполне возможно, произошли в темной материи».
«Теперь у нас есть возможность обнаруживать темную материю вокруг черных дыр по мере накопления данных детекторами LVK — невероятно интересное время поисков новой физики с помощью гравитационных волн», — заключает соавтор Соумен Рой, руководивший частью работы, связанной с анализом данных.
