Być może przez przypadek odkryjemy ciemną materię. Być może wydarzyło się to już w 2019 roku.
Nie jest to jeszcze potwierdzone odkrycie. Naukowcy badają jednak skutki zderzeń czarnych dziur – zmarszczki w czasoprzestrzeni – i wierzą, że w tej maszynie znajduje się duch. Mianowicie: cień chmury ciemnej materii.
Fizycy z USA i Europy wysunęli nową teorię. Jeśli dwie czarne dziury zderzą się wewnątrz gęstego obłoku tej niewidzialnej substancji, fale grawitacyjne przenoszone przez przestrzeń niosą ze sobą unikalną sygnaturę. Jak odcisk palca pozostawiony w kurzu.
Naukowcy przetestowali swoje obliczenia na dziesiątkach zarejestrowanych zdarzeń. Prawie wszystkie okazały się nudnymi fuzjami w próżni. Po prostu standardowa kosmiczna przemoc w pustce.
Ale jedno wydarzenie było inne.
Sprawa z lipca 2019 r. – oznaczona jako GW190720 – nie pasuje do czystego wzorca fuzji. Ale idealnie pasuje do modelu czarnych dziur tańczących w gęstej mgle ultralekkich cząstek.
To prowokacyjne. To nie jest dowód. Ale to jest wskazówka.
„Wykorzystanie czarnych dziur do poszukiwania ciemnej materii byłoby fantastyczne”.
Rodrigo Vicente z Uniwersytetu w Amsterdamie uważa, że otwiera to zupełnie nowe możliwości badawcze. Mniejsze skale. Miejsca, których nie możemy dotknąć, a możemy jedynie „słuchać”.
Spójrzmy na kontekst, bo bez znajomości historii nie da się ocenić pełnej skali oczekiwań.
W 1916 roku Einstein stwierdził, że grawitacja jest zakrzywieniem czasoprzestrzeni. Przewidział, że masywne obiekty poruszające się z wystarczającą prędkością – takie jak gwiazdy neutronowe czy czarne dziury – będą „wstrząsać” Wszechświatem niczym dzwon. Wibracje te to fale grawitacyjne.
Ale to „dzwonienie” było wyraźnie słyszalne dopiero w 2016 roku. Obserwatorium LIGO odebrało ten sygnał. Od tego czasu zarejestrowano setki takich „rozmów”. Każdy sygnał opowiada historię o masie obiektów, których dotyczy. Zwykle wszystko jest proste: duża dziura pochłania małą, dwie gwiazdy neutronowe łączą się i eksplodują.
Ale co jeszcze będzie w pokoju, kiedy nastąpi fuzja?
Nowe badanie zadaje właśnie to pytanie.
Ciemna materia stanowi większość materii we Wszechświecie. Nie wiemy, co to jest. Wiemy tylko, że przyciąga inne obiekty. Według jednej popularnej teorii składa się z ultralekkich cząstek, które zachowują się jak fale. Jeśli umieścisz wirującą czarną dziurę w tym polu falowym, będzie ona ciągnęła wokół siebie materię. Ona skręca tę mgłę.
Gdy druga czarna dziura zbliża się do zderzenia z pierwszą, ta „mgła” zapewnia opór. Zmienia taniec. W rezultacie powstała fala grawitacyjna wygląda nieco inaczej. Różni się to od łączenia w doskonałej próżni.
Naukowcy zbudowali model takiej interwencji. Następnie przeanalizowali 28 sygnałów z sieci LVK – są to detektory LIGO w USA, Virgo we Włoszech i KAGRA w Japonii.
Dwadzieścia siedem sygnałów odpowiadało fuzji próżniowej. Czysty. Możliwy do przewidzenia.
Zdarzenie GW190720 pojawiło się z brudniejszym sygnałem. Dokładnie tak, jak można by się spodziewać, gdyby obecna była ciemna materia, gęsta i namacalna, interweniująca w ostatnich chwilach przed uderzeniem.
Czy to rozstrzygający dowód?
Nie.
José Aurrecochea z Massachusetts Institute of Technology (MIT) twierdzi, że statystyki są zbyt słabe, aby ogłosić zwycięstwo. Mówi, że prace muszą zostać zweryfikowane przez niezależne grupy. W tym momencie zarysowujemy jedynie powierzchnię problemu.
„Bez modeli przebiegów takich jak nasz moglibyśmy wykryć łączenie się czarnych dziur w ciemnej materii, ale sklasyfikować je jako mające miejsce w próżni”.
Tu właśnie leży ryzyko. Mogliśmy ich słyszeć przez cały czas, ale nazywaliśmy ich inaczej.
Niepewność pozostaje jednak ogromna. Być może ciemna materia nie tworzy chmur. Być może są to WIMP (słabo oddziałujące masywne cząstki). Być może są to MACHO (masywne, kompaktowe obiekty halo). Być może oddziałuje z elektromagnetyzmem. A może w ogóle nie istnieje i po prostu słabo rozumiemy grawitację.
Przestrzeń jest głośna. Dane tam są. Ale odpowiedź wciąż kryje się w hałasie. Słuchamy dalej.
