O echipă de astro-fizicieni a propus o metodă care s-ar putea dovedi revoluționară pentru a detecta și studia materia întunecată. Cea mai misterioasă şi totuşi presupus omniprezentă substanţă din cosmos este practic invizibilă pentru că nu interacţionează cu lumina, dar acești oameni de știință propun o metodă alternativă de a căuta această substanţă prin intermediul undelor gravitaţionale. Mai precis, dacă materia întunecată nu poate fi văzută, ar putea fi ascultată, relatează Agerpres.
Noi cercetări sugerează că materia întunecată ar putea lăsa o amprentă mică, dar perceptibilă, în ondulaţiile din spaţiu-timp numite „unde gravitaţionale” care reverberează prin cosmos atunci când două găuri negre se ciocnesc şi fuzionează. Totuşi, acest lucru se întâmplă doar dacă găurile negre care se rotesc pot „agita” materia întunecată.
Echipa din spatele acestui nou studiu, publicat în revista Physical Review Letters, sugerează că, dacă două găuri negre se contopesc într-o regiune a spaţiului populată de nori denşi de materie întunecată, atunci undele gravitaţionale care se propagă din eveniment ar putea purta amprenta materiei întunecate în tot Universul.
Şi este posibil, spun ei, ca detectoarele noastre să poată găsi această amprentă. Acest lucru ar fi similar cu cineva care tuşeşte la un concert Metallica, iar acea tuse ar fi perceptibilă doar cu cele mai sensibile instrumente, peste zgomotul unor piese precum „Seek and Destroy” sau „Master of Puppets”.
Din fericire, când vine vorba de detectarea undelor gravitaţionale provenite de la găurile negre care se ciocnesc, instrumentele de care dispun oamenii de ştiinţă, cum ar fi LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory), devin din ce în ce mai sensibile. Şi, în pregătirea pentru o perioadă în care astfel de amprente ar putea fi înregistrate şi mai uşor în datele undelor gravitaţionale, această echipă a dezvoltat o metodă care prezice exact ce formă ar trebui să ia o undă gravitaţională atunci când se deplasează prin materia întunecată, mai degrabă decât prin spaţiul gol.
„Utilizarea găurilor negre pentru a căuta materia întunecată ar fi fantastică. Am putea sonda materia întunecată la scări mult mai mici ca niciodată”, a declarat Rodrigo Vicente, cercetător la GRAPPA (Gravitation Astroparticle Physics Amsterdam) şi membrul al echipei care a realizat acest studiu.
Materia întunecată reprezintă un mister deoarece, în ciuda faptului că este invizibilă pentru noi, ea „depăşeşte” materia obişnuită cu un raport de aproximativ cinci la unu.
Lipsa sa de interacţiune cu lumina înseamnă că nu poate fi compusă din protoni, neutroni şi electroni - particulele care compun atomii. Asta pentru că atomii compun toată „materia obişnuită” (barionică) pe care o vedem în jurul nostru, de la stele şi planete până la dispozitivul despre care citeşti acest articol şi propriile noastre corpuri.
Cu alte cuvinte, atomii interacţionează cu lumina (mai tehnic, radiaţia electromagnetică). De fapt, singura modalitate prin care fizicienii bănuiesc că există materia întunecată este prin interacţiunea sa cu gravitaţia şi modul în care această interacţiune curbează spaţiu-timpul, influenţând indirect materia obişnuită şi lumina.
Cu aceste cunoştinţe, oamenii de ştiinţă au căutat particule în afara Modelului Standard al fizicii particulelor care ar putea explica materia întunecată. Aceste particule au o gamă largă de mase şi proprietăţi potenţiale, o particulă ipotetică fiind „scalarul luminii” propus ca având o masă mult mai mică decât cea a unui electron. O caracteristică a scalarului luminii ar fi faptul că materia întunecată compusă din aceste particule s-ar comporta ca nişte unde coordonate în jurul găurilor negre.
În jurul unei găuri negre care se roteşte, energia de rotaţie ar fi transferată către materia întunecată scalară a luminii, amplificându-i densitatea, aproape ca o paletă care transformă frişca în unt. Dacă acest „unt” de materie întunecată devine suficient de dens, ar putea afecta undele gravitaţionale provenite de la fuziunea găurilor negre, lăsând o amprentă revelatoare.
După ce au stabilit cum ar arăta această semnătură, Vicente şi colegii săi au analizat datele colectate de LIGO şi de detectoarele sale de unde gravitaţionale, KAGRA (Kamioka Gravitational Wave Detector) şi Virgo, concentrându-se pe 28 dintre cele mai clare semnale provenite de la fuziunea găurilor negre.
Dintre acestea, 27 păreau să fi provenit din fuziuni care au avut loc în vidul relativ al spaţiului. Un semnal, însă, GW190728, recepţionat pentru prima dată pe 19 iulie 2019 şi care este rezultatul fuziunii unor găuri negre binare cu o masă combinată de 20 de ori mai mare decât cea a Soarelui, situate la aproximativ 8 miliarde de ani-lumină distanţă, părea să poarte urma revelatoare a acestei fuziuni care a avut loc într-o regiune de materie întunecată densă, „untoasă”.
Echipa din spatele acestei cercetări subliniază rapid că aceasta nu poate fi considerată o detectare sigură a materiei întunecate, dar spune că ne oferă un indiciu despre ce să căutăm şi, prin urmare, unde să direcţionăm investigaţiile ulterioare.
„Ştim că materia întunecată se află în jurul nostru. Trebuie doar să fie suficient de densă pentru a-i vedea efectele. Găurile negre oferă un mecanism pentru a spori această densitate, pe care îl putem căuta acum analizând undele gravitaţionale emise atunci când acestea fuzionează”, a declarat liderul echipei, Josu Aurrekoetxea, de la Departamentul de Fizică al Institutului de Tehnologie din Massachusetts (MIT).
Ştiri video recomandate
