Мы могли бы случайно обнаружить тёмную материю. И это, возможно, уже произошло ещё в 2019 году.
Пока это не подтверждённое открытие. Но учёные изучают последствия столкновений чёрных дыр — рябь в пространстве-времени — и полагают, что в этой «машиналке» есть призрак. А именно: тень облака тёмной материи.
Физики из США и Европы выдвинули новую теорию. Если две чёрные дыры сталкиваются внутри плотного облака этой невидимой субстанции, гравитационные волны, пронесённые через космос, несут уникальный след. Как отпечаток пальца, оставленный в пыли.
Учёные протестировали свои расчёты на десятках зафиксированных событий. Почти все из них оказались скучными слияниями в вакууме. Просто стандартное космическое насилие в пустоте.
Но одно событие отличалось.
Случай от июля 2019 года — под обозначением GW190720 — не вписывается в шаблон чистого слияния. Зато он идеально подходит под модель чёрных дыр, танцующих в густом тумане ультралёгких частиц.
Это провокационно. Это не доказательство. Но это намёк.
«Использование чёрных дыр для поиска тёмной материи было бы фантастически».
Родриго Висенте из Амстердамского университета считает, что это открывает совершенно новый масштаб для исследований. Более мелкие масштабы. Места, которые мы не можем трогать, но можем только «слушать».
Давайте разберём контекст, потому что без знания истории невозможно оценить весь масштаб ожиданий.
В 1916 году Эйнштейн заявил, что гравитация — это искривление пространства-времени. Он предсказал, что массивные объекты, движущиеся с достаточной скоростью — например, нейтронные звёзды или чёрные дыры, — будут «трясти» Вселенную, словно колокол. Эти колебания и есть гравитационные волны.
Но чётко услышать этот «звон» удалось лишь в 2016 году. Обсерватория LIGO уловила этот сигнал. С тех пор было записаны сотни таких «звонков». Каждый сигнал рассказывает историю о массах участвующих объектов. Обычно всё просто: большая дыра поглощает маленькую, две нейтронные звёзды сливаются и взрываются.
Но что ещё находится в комнате, когда происходит слияние?
Новое исследование как раз и задаёт этот вопрос.
Тёмная материя составляет большую часть материи во Вселенной. Мы не знаем, что это такое. Мы знаем лишь, что она притягивает другие объекты. Согласно одной популярной теории, она состоит из ультралёгких частиц, ведущих себя как волны. Если поместить вращающуюся чёрную дыру в это волновое поле, она будет перетаскивать вещество вокруг себя. Она скручивает этот туман.
Когда вторая чёрная дыра приближается для столкновения с первой, этот «туман» оказывает сопротивление. Он меняет танец. В результате получающаяся гравитационная волна выглядит слегка иначе. Она отличается от слияния в идеальном вакууме.
Исследователи построили модель такого вмешательства. Затем они проанализировали 28 сигналов от сети LVK — это детекторы LIGO в США, Virgo в Италии и KAGRA в Японии.
Двадцать семь сигналов соответствовали вакуумным слияниям. Чистым. Предсказуемым.
Событие GW190720 появилось с более «грязным» сигналом. Именно таким, каким его можно было бы ожидать, если бы тёмная материя присутствовала, плотная и ощутимая, вмешиваясь в последние моменты перед столкновением.
Является ли это окончательным доказательством?
Нет.
Хосе Ауррекочеа из Массачусетского технологического института (MIT) утверждает, что статистика пока слишком слаба, чтобы объявить победу. Он говорит, что работу необходимо проверить независимыми группами. На данный момент мы лишь царапаем поверхность проблемы.
«Без таких моделей формы волны, как наша, мы могли бы обнаруживать слияния чёрных дыр в тёмной материи, но классифицировать их как произошедшие в вакууме».
В этом и заключается риск. Мы могли слышать их всё это время, но называть их чем-то другим.
Тем не менее, неопределённость остаётся колоссальной. Возможно, тёмная материя не образует облака. Возможно, это WIMPs (слабовзаимодействующие массивные частицы). Возможно, это MACHOs (массивные компактные гало-объекты). Возможно, она взаимодействует с электромагнетизмом. А может, её вовсе не существует, и у нас просто плохое понимание гравитации.
Космос громкий. Данные есть. Но ответ всё ещё прячется в шуме. Мы продолжаем слушать.
