Физики из Массачусетского технологического института и нескольких европейских научных центров разработали метод поиска темной материи через анализ гравитационных волн. Эти колебания пространства-времени возникают при слиянии массивных космических объектов, таких как черные дыры. Согласно гипотезе исследователей, если черные дыры проходят через плотные облака скрытой массы перед столкновением, характеристики испускаемого сигнала меняются по сравнению с процессом в вакууме.
Исследователи изучили данные международного консорциума LVK, объединяющего гравитационные обсерватории LIGO, Virgo и KAGRA. Анализу подверглись 28 наиболее четких сигналов, зафиксированных за первые три периода наблюдений. В 27 случаях волновые паттерны полностью соответствовали моделям слияния в пустом пространстве. Однако сигнал под индексом GW190728 – единственное из изученных событий, которое продемонстрировало соответствие сценарию взаимодействия с темной материей.
Темная материя составляет около 85 процентов всего вещества во Вселенной, но не взаимодействует со светом и электромагнитными силами. До сих пор ее наличие определяли преимущественно по косвенным признакам, таким как гравитационное влияние на движение звезд в галактиках. Новый подход опирается на теорию о сверхлегких скалярных частицах. При взаимодействии с быстро вращающейся черной дырой такие частицы могут аккумулировать ее энергию, образуя вокруг объекта сверхплотные структуры. Этот процесс, известный как эффект суперрадиации, значительно повышает концентрацию скрытой массы в окрестностях черной дыры.
Событие GW190728 было зафиксировано 28 июля 2019 года. Оно возникло при столкновении двух черных дыр с суммарной массой около 20 солнечных. Авторы исследования, опубликованного в журнале «Physical Review Letters», подчеркивают, что полученные результаты пока не служат окончательным доказательством существования темной материи. Статистической значимости данных недостаточно для того, чтобы заявить об открытии, однако совпадение сигнала с теоретической моделью указывает на перспективность предложенного метода.
По мнению ученых из университетов Бельгии, Нидерландов и Великобритании, без использования специальных моделей подобные события в данных гравитационных обсерваторий могут систематически интерпретироваться ошибочно. По мере повышения чувствительности детекторов и накопления статистики новый инструмент позволит исследовать физические процессы на масштабах, которые ранее были недоступны для наблюдения.
