Η σκοτεινή ύλη, το πιο μυστηριώδες και ταυτόχρονα διάχυτο υλικό στο σύμπαν, είναι στην πραγματικότητα αόρατη επειδή δεν αλληλοεπιδρά με το φως. Τι θα συνέβαινε όμως αν, αντί να προσπαθήσουν να τη δουν, οι επιστήμονες επιχειρούσαν να την ακούσουν;
Νέα έρευνα υποδηλώνει ότι η σκοτεινή ύλη θα μπορούσε να αφήσει ένα μικρό αλλά ευδιάκριτο αποτύπωμα στην κακοφωνία των κυματισμών του χωροχρόνου που ονομάζονται «βαρυτικά κύματα», τα οποία αντηχούν στο σύμπαν όταν δύο μαύρες τρύπες συγκρούονται και συγχωνεύονται.
Ωστόσο, αυτό μπορεί να συμβεί μόνο εάν οι περιστρεφόμενες μαύρες τρύπες μπορούν να «αναδεύσουν» τη σκοτεινή ύλη σαν κοσμικό βούτυρο.
Η ομάδα πίσω από αυτή τη νέα έρευνα υποστηρίζει ότι εάν δύο μαύρες τρύπες συγχωνευθούν σε μια περιοχή του διαστήματος που κατοικείται από πυκνά νέφη σκοτεινής ύλης, τότε τα βαρυτικά κύματα που προκύπτουν από το γεγονός θα μπορούσαν να μεταφέρουν το αποτύπωμα της σκοτεινής ύλης σε όλο το σύμπαν. Και είναι πιθανό οι ανιχνευτές μας να εντοπίσουν αυτό το αποτύπωμα.
Ευτυχώς, όταν πρόκειται για την ανίχνευση βαρυτικών κυμάτων από συγκρουόμενες μαύρες τρύπες, τα όργανα της ανθρωπότητας, όπως το LIGO, γίνονται όλο και πιο ευαίσθητα. Προετοιμαζόμενη για την εποχή που τέτοια αποτυπώματα θα μπορούσαν να καταγραφούν πιο εύκολα, η ομάδα ανέπτυξε μια μέθοδο που προβλέπει ακριβώς τι σχήμα θα έπρεπε να έχει ένα βαρυτικό κύμα όταν κινείται μέσα από σκοτεινή ύλη αντί για το κενό διάστημα.
Σκοτεινή ύλη: Το κοσμικό αναδευόμενο βούτυρο
Η σκοτεινή ύλη αποτελεί γρίφο επειδή, παρόλο που είναι αόρατη, εξακολουθεί να υπερτερεί της κανονικής ύλης σε αναλογία περίπου πέντε προς ένα. Η έλλειψη αλληλεπίδρασής της με το φως σημαίνει ότι δεν μπορεί να αποτελείται από πρωτόνια, νετρόνια και ηλεκτρόνια, δηλαδή τα σωματίδια που συνθέτουν τα άτομα. Στην πραγματικότητα, ο μόνος τρόπος με τον οποίο οι αστρονόμοι γνωρίζουν ότι υπάρχει η σκοτεινή ύλη είναι μέσω της αλληλεπίδρασής της με τη βαρύτητα και του τρόπου με τον οποίο αυτή η αλληλεπίδραση καμπυλώνει τον χωροχρόνο.
Με αυτή τη γνώση, οι επιστήμονες αναζητούν σωματίδια εκτός του Καθιερωμένου Προτύπου της φυσικής σωματιδίων που θα μπορούσαν να εξηγήσουν τη σκοτεινή ύλη. Ένα υποθετικό σωματίδιο είναι το «ελαφρύ βαθμωτό», το οποίο προτείνεται να έχει μάζα πολύ μικρότερη από εκείνη ενός ηλεκτρονίου. Ένα χαρακτηριστικό του θα ήταν ότι η σκοτεινή ύλη που αποτελείται από αυτά τα σωματίδια θα συμπεριφερόταν σαν συντονισμένα κύματα γύρω από τις μαύρες τρύπες.
Γύρω από μια περιστρεφόμενη μαύρη τρύπα, η ενέργεια περιστροφής θα μεταφερόταν στη σκοτεινή ύλη ελαφρών βαθμωτών σωματιδίων, ενισχύοντας την πυκνότητά της, σχεδόν σαν ένα κουπί που αναδεύει την κρέμα για να γίνει βούτυρο. Εάν αυτή η σκοτεινή ύλη γίνει αρκετά πυκνή, θα μπορούσε να επηρεάσει τα βαρυτικά κύματα από τις συγχωνευόμενες μαύρες τρύπες, αφήνοντας ένα ενδεικτικό αποτύπωμα.
Ένα πρώτο πιθανό σήμα στα δεδομένα
Αφού προσδιόρισαν πώς θα έμοιαζε αυτή η υπογραφή, οι ερευνητές έκαναν αναζήτηση σε δεδομένα που συγκεντρώθηκαν από το LIGO και τους άλλους ανιχνευτές βαρυτικών κυμάτων, KAGRA και Virgo, εστιάζοντας σε 28 από τα πιο καθαρά σήματα από συγχωνεύσεις μαύρων τρυπών.
Από αυτά, τα 27 φάνηκαν να προέρχονται από συγχωνεύσεις που συνέβησαν στο σχετικό κενό του διαστήματος. Ένα σήμα, ωστόσο, το GW190728 που ακούστηκε για πρώτη φορά στις 19 Ιουλίου 2019 και ήταν το αποτέλεσμα της συγχώνευσης διπλών μαύρων τρυπών με συνδυασμένη μάζα 20 φορές μεγαλύτερη από την ονομαστική μάζα του ήλιου, φάνηκε να φέρει το ενδεικτικό ίχνος ότι αυτή η συγχώνευση συνέβη σε μια περιοχή με πυκνή σκοτεινή ύλη.
Η ομάδα σπεύδει να διευκρινίσει ότι αυτό δεν μπορεί να θεωρηθεί θετική ανίχνευση της σκοτεινής ύλης, αλλά αναφέρει ότι μας δίνει μια ιδέα για το τι πρέπει να ψάξουμε και, ως εκ τούτου, πού να κατευθύνουμε τις επόμενες έρευνες. Αυτό θα μπορούσε να είναι ολοένα και πιο χρήσιμο καθώς οι ανιχνευτές στη Γη συνεχίζουν την πέμπτη περίοδο λειτουργίας τους με ενισχυμένη ευαισθησία.
