Ми могли б випадково виявити темну матерію. І це, можливо, вже сталося ще 2019 року.
Поки що це не підтверджене відкриття. Але вчені вивчають наслідки зіткнень чорних дірок – бриж у просторі-часі – і вважають, що в цій «машиналці» є привид. А саме: тінь хмари темної матерії.
Фізики зі США та Європи висунули нову теорію. Якщо дві чорні дірки стикаються всередині щільної хмари цієї невидимої субстанції, гравітаційні хвилі, пронесені через космос, мають унікальний слід. Як відбиток пальця, залишений у пилюці.
Науковці протестували свої розрахунки на десятках зафіксованих подій. Майже всі з них виявились нудними злиттями у вакуумі. Просто стандартне космічне насильство у порожнечі.
Але одна подія відрізнялася.
Випадок від липня 2019 року – під позначенням GW190720 – не вписується в шаблон чистого злиття. Зате він ідеально підходить під модель чорних дірок, що танцюють у густому тумані ультралегких частинок.
Це провокаційно. Це не є доказом. Але це натяк.
«Використання чорних дірок для пошуку темної матерії було б фантастично».
Родріго Вісенте з університету Амстердама вважає, що це відкриває абсолютно новий масштаб для досліджень. Дрібніші масштаби. Місця, які ми не можемо чіпати, але можемо лише «слухати».
Давайте розберемо контекст, бо без знання історії неможливо оцінити весь масштаб очікувань.
В 1916 Ейнштейн заявив, що гравітація – це викривлення простору-часу. Він передбачив, що масивні об’єкти, що рухаються з достатньою швидкістю — наприклад, нейтронні зірки або чорні дірки, — «труситимуть» Всесвіт, наче дзвін. Ці коливання є гравітаційні хвилі.
Але чітко почути цей «дзвін» вдалося лише 2016 року. Обсерваторія LIGO вловила цей сигнал. З того часу було записано сотні таких «дзвінків». Кожен сигнал розповідає історію про маси об’єктів, що беруть участь. Зазвичай все просто: велика діра поглинає маленьку, дві нейтронні зірки зливаються та вибухають.
Але що ще в кімнаті, коли відбувається злиття?
Нове дослідження якраз і ставить це питання.
Темна матерія становить більшу частину матерії у Всесвіті. Ми не знаємо, що таке. Ми знаємо лише, що вона приваблює інші об’єкти. Згідно з однією популярною теорією, вона складається з ультралегких частинок, які ведуть себе як хвилі. Якщо помістити чорну діру, що обертається, у це хвильове поле, вона буде перетягувати речовину навколо себе. Вона скручує цей туман.
Коли друга чорна діра наближається для зіткнення з першою, цей «туман» чинить опір. Він змінює танець. В результаті гравітаційна хвиля, що виходить, виглядає злегка інакше. Вона відрізняється від злиття в ідеальному вакуумі.
Дослідники збудували модель такого втручання. Потім вони проаналізували 28 сигналів від мережі LVK – це детектори LIGO у США, Virgo в Італії та KAGRA у Японії.
Двадцять сім сигналів відповідали вакуумним злиттям. Чистим. Передбачуваним.
Подія GW190720 з’явилася з більш «брудним» сигналом. Саме таким, яким його можна було б очікувати, якби темна матерія була присутня, щільна і відчутна, втручаючись останніми моментами перед зіткненням.
Чи це є остаточним доказом?
Ні.
Хосе Ауррекочеа з Массачусетського технологічного інституту (MIT) стверджує, що статистика поки що надто слабка, щоб оголосити перемогу. Він каже, що роботу слід перевірити незалежними групами. На даний момент ми лише дряпаємо поверхню проблеми.
«Без таких моделей форми хвилі, як наша, ми могли б виявляти злиття чорних дірок у темній матерії, але класифікувати їх як у вакуумі».
У цьому полягає ризик. Ми могли чути їх весь цей час, але називати їх чимось іншим.
Проте невизначеність залишається колосальною. Можливо, темна матерія не утворює хмар. Можливо, це WIMPs (слабовзаємодіючі масивні частинки). Можливо, це MACHOs (масивні компактні гало-об’єкти). Можливо, вона взаємодіє із електромагнетизмом. А може її зовсім не існує, і в нас просто погане розуміння гравітації.
Космос гучний. Дані є. Але відповідь все ще ховається у галасі. Ми продовжуємо слухати.
