Η σκοτεινή ύλη διέφευγε τους επιστήμονες για δεκαετίες, αλλά οι ερευνητές λένε τώρα ότι μπορεί να ανακαλύφθηκε τυχαία πριν από επτά χρόνια.
Παρά το γεγονός ότι αποτελεί το 85 τοις εκατό της ύλης στο σύμπαν, η σκοτεινή ύλη είναι εντελώς αόρατη στα τηλεσκόπια μας.
Ωστόσο, μια διεθνής ομάδα επιστημόνων πρότεινε ότι αυτή η μυστηριώδης ουσία θα μπορούσε να αφήσει ένα λεπτό αποτύπωμα στα βαρυτικά κύματα που εκπέμπονται από τις συγκρουόμενες μαύρες τρύπες.
Εάν οι μαύρες τρύπες συγκρουστούν ενώ καλύπτονται από σκοτεινή ύλη, τα κύματα που στέλνουν στον κόσμο μπορούν να φέρουν ένα «αποτύπωμα» αυτού του περιβάλλοντος.
Σε μια νέα μελέτη, οι ερευνητές λένε ότι βρήκαν ίχνη αυτής της συνομιλίας στο αρχείο μιας σύγκρουσης μαύρης τρύπας που χρονολογείται από το 2019.
Οι επιστήμονες λένε ότι χρειάζονται περισσότερες παρατηρήσεις για να μπορέσουν να ισχυριστούν ότι έχουν «ανιχνεύσει» τη σκοτεινή ύλη, αλλά η νέα τους μέθοδος θα μπορούσε να βοηθήσει στην εύρεση ακόμη περισσότερων υπογραφών της σκοτεινής ύλης.
Η Δρ Katy Clough, ερευνήτρια στο Πανεπιστήμιο Queen Mary του Λονδίνου, είπε στη Daily Mail: «Τα στοιχεία που βρήκαμε στα δεδομένα δεν επαρκούν για να επιβεβαιώσουν αυτό που βλέπουμε και πρέπει να εξετάσουμε άλλες πιθανότητες.
«Ωστόσο, είναι μια ενδιαφέρουσα ένδειξη ότι κάτι μπορεί να συμβαίνει, και καθώς αναμένουμε περισσότερα σήματα από τις συγχωνεύσεις μαύρων τρυπών τα επόμενα χρόνια, αν αυτό είναι μια αληθινή υπογραφή της σκοτεινής ύλης, θα το δούμε ξανά».
Οι επιστήμονες λένε ότι η σκοτεινή ύλη μπορεί να έχει εντοπιστεί πριν από επτά χρόνια, με την ενδεικτική της υπογραφή κρυμμένη σε βαρυτικά κύματα από δύο μαύρες τρύπες που συγχωνεύονται (στη φωτογραφία).
Όταν ένα ζεύγος μαύρων οπών (γνωστές ως δυαδικές) στρέφεται η μία προς την άλλη, δημιουργούν τόσο έντονες βαρυτικές δυνάμεις που δημιουργούν κυματισμούς στο ύφασμα του χωροχρόνου.
Αυτά τα κύματα διαστέλλονται και συστέλλονται στην πραγματικότητα καθώς ταξιδεύουν σε όλο το μήκος του σύμπαντος, προκαλώντας μικροσκοπικές διαταραχές που μπορούν να εντοπίσουν οι εξειδικευμένοι ανιχνευτές στη Γη.
Ο Δρ Clow εξηγεί ότι τα βαρυτικά κύματα «κωδικοποιούν πληροφορίες για τα γεγονότα που τα παρήγαγαν, με τον ίδιο τρόπο που τα ηχητικά κύματα κωδικοποιούν πληροφορίες σχετικά με το μέγεθος και το σχήμα ενός οργάνου που παίζεται».
Αυτό σημαίνει ότι αυτά τα κύματα θα πρέπει να φαίνονται διακριτικά διαφορετικά εάν το δυαδικό συγκρούεται μέσα σε ένα πυκνό σύννεφο σκοτεινής ύλης αντί σε κενό χώρο.
Σύμφωνα με μια θεωρία της σκοτεινής ύλης, αυτή η παράξενη ύλη αποτελείται από «ελαφριά βαθμωτά» σωματίδια που είναι πολλές φορές μικρότερα από ένα ηλεκτρόνιο.
Αν και αυτά τα σωματίδια δεν αλληλεπιδρούν με την ηλεκτρομαγνητική δύναμη, εξακολουθούν να παράγουν βαρυτικά αποτελέσματα που οι επιστήμονες αποδίδουν στη σκοτεινή ύλη.
Είναι σημαντικό, αν και αυτός ο τύπος σκοτεινής ύλης συνήθως συμπεριφέρεται σαν σωματίδιο, μπορεί επίσης να λειτουργήσει σαν ένα συνεκτικό κύμα όταν βρίσκεται κοντά σε μια μαύρη τρύπα.
Όταν τα κύματα της σκοτεινής ύλης συγκρούονται με τις ταχέως περιστρεφόμενες μαύρες τρύπες, οι επιστήμονες προβλέπουν ότι μέρος της περιστροφικής ενέργειας της μαύρης τρύπας θα μεταφερθεί στη σκοτεινή ύλη.
Η σκοτεινή ύλη είναι μια αόρατη ουσία που αποτελεί περίπου το 85 τοις εκατό της ύλης στο σύμπαν. Μπορεί να ανιχνευθεί μόνο μέσω των βαρυτικών του επιδράσεων, καθώς εκτείνεται το φως από μακρινούς γαλαξίες (φωτογραφία).
Σε ένα φαινόμενο γνωστό ως «υπερακτινοβολία», αυτό θα ενίσχυε τα κύματα της σκοτεινής ύλης, χτυπώντας τα σε εξαιρετικά υψηλές πυκνότητες όπως το βούτυρο που αναδεύεται.
«Η παρουσία σημαντικών ποσοτήτων σκοτεινής ύλης γύρω από τα δυαδικά τμήματα της μαύρης τρύπας δημιουργεί μια δύναμη έλξης στην κίνησή τους», είπε ο Δρ Κλαφ.
«Αυτό σημαίνει ότι τα δυαδικά χάνουν γρήγορα ενέργεια και τείνουν να ελκύουν το ένα το άλλο και να συγχωνεύονται πιο γρήγορα από ό,τι θα ήταν διαφορετικά».
Εάν η σκοτεινή ύλη είναι αρκετά πυκνή, θα κάνει μια μετρήσιμη διαφορά στην υπογραφή του βαρυτικού κύματος, την οποία τα παρατηρητήρια θα πρέπει να μπορούν να ανιχνεύσουν.
Στη νέα τους εργασία, οι επιστήμονες ανέπτυξαν ένα μαθηματικό μοντέλο που προβλέπει πώς θα πρέπει να είναι τα βαρυτικά κύματα όταν δύο μαύρες τρύπες συγκρούονται σε ένα σύννεφο σκοτεινής ύλης με κενό χώρο.
Χρησιμοποιώντας αυτό το μοντέλο, η ομάδα προσομοίωσε μαύρες τρύπες διαφορετικών μεγεθών που συγκρούονται με διαφορετικές ταχύτητες και σε διαφορετικά σύννεφα σκοτεινής ύλης.
Στη συνέχεια συνέκριναν αυτές τις προσομοιώσεις με τα 28 καλύτερα σήματα συγχωνεύσεων μαύρης τρύπας που συλλέχθηκαν από το δίκτυο παρατηρητηρίων LIGO-Virgo-KAGRA.
Από αυτά, τα 27 έδειξαν ξεκάθαρα ότι δημιουργήθηκαν σε κενό χώρο, αλλά έδειχναν μια πολλά υποσχόμενη ένδειξη αποτύπωσης σκοτεινής ύλης.
Όταν δύο μαύρες τρύπες ενώνονται μεταξύ τους μέσα σε ένα πεδίο σκοτεινής ύλης (εντύπωση καλλιτέχνη), η σκοτεινή ύλη αφήνει ένα αποτύπωμα στα κύματα που στέλνει μέσω του σύμπαντος.
Το σήμα GW190728, που πήρε το όνομά του από την ημερομηνία που ανακαλύφθηκε, προέρχεται από μια δυαδική μαύρη τρύπα με μάζα περίπου 20 φορές μεγαλύτερη από αυτή του Ήλιου.
Με το μοντέλο τους, οι ερευνητές έδειξαν ότι ένα τέτοιο σύστημα θα μπορούσε να συγχωνευθεί μέσα από ένα πυκνό σύννεφο σκοτεινής ύλης και να δημιουργήσει βαρυτικά κύματα παρόμοια με το GW190728.
Ο ερευνητής του Τμήματος Φυσικής του MIT Dr Josue Orecoetxia είπε: «Γνωρίζουμε ότι η σκοτεινή ύλη είναι παντού γύρω μας. Πρέπει να είναι αρκετά πυκνό για να δούμε την επίδρασή του.
«Οι μαύρες τρύπες παρέχουν έναν μηχανισμό για την αύξηση αυτής της πυκνότητας, τον οποίο μπορούμε τώρα να διερευνήσουμε αναλύοντας τα βαρυτικά κύματα που εκπέμπονται κατά τις συγχωνεύσεις».
Ωστόσο, οι ερευνητές δεν ισχυρίζονται ότι έχουν εντοπίσει τη σκοτεινή ύλη.
Αντίθετα, λένε ότι η μέθοδος είναι ένας τρόπος εξέτασης δεδομένων βαρυτικών κυμάτων για υπαινιγμούς σκοτεινής ύλης, τις οποίες οι φυσικοί μπορούν να παρακολουθήσουν και να επιβεβαιώσουν με άλλες τεχνικές.
Ο συν-συγγραφέας Saumen Roy του Βασιλικού Παρατηρητηρίου του Βελγίου δήλωσε: «Έχουμε τώρα τη δυνατότητα να ανακαλύψουμε τη σκοτεινή ύλη γύρω από τις μαύρες τρύπες καθώς οι ανιχνευτές LVK συνεχίζουν να συλλέγουν δεδομένα τα επόμενα χρόνια.
“Αυτή είναι μια συναρπαστική στιγμή για να εξερευνήσετε νέα φυσική χρησιμοποιώντας βαρυτικά κύματα.”
