Fale grawitacyjne mogą rzucić nowe światło na ciemną materię

Credit: UZH

Zbliżające się wielkimi krokami obserwatorium LISA (Laser Interferometer Space Antenna) będzie potężnym instrumentem, który umożliwi astronomom badanie zjawisk obejmujących zderzenia czarnych dziur i fale grawitacyjne> Badacze z Uniwersytetu w Zurychu odkryli teraz, że LISA może także rzucić nowe światło na umykające nam cząstki ciemnej materii.

LISA umożliwi astrofizykom obserwowanie fal grawitacyjnych emitowanych przez zderzające się ze sobą lub przechwytujące się czarne dziury. LISA będzie składała się z trzech sond okrążających Słońce w formacji trójkąta. Fale grawitacyjne przechodzące przez układ słoneczny będą odkształcać poszczególne boki trójkąta, a te minimalne odkształcenia będą rejestrowane przez promienie laserowe łączące wszystkie trzy sondy. LISA może tym samym stać się nowym sposobem postrzegania wszechświata i umożliwić im badanie zjawisk niewidocznych w żadnym zakresie promieniowania.

Naukowcy z Center for Theoretical Astrophysics and Cosmology na Uniwersytecie w Zurychu wraz ze współpracownikami z Grecji i Kanady odkryli, że LISA Nie tylko będzie w stanie mierzyć te wcześniej niebadane fale, ale może przed nami odkryć tajemnice ciemnej materii.

Naukowcy przyjmują, że cząstki ciemnej materii stanowią 85 procent materii we wszechświecie. Niemniej jednak, jak dotąd są one bytami czysto hipotetycznymi – nawet ich nazwa odnosi się do ich nieuchwytności. Jednak obliczenia wskazują, że wiele galaktyk uległoby rozerwaniu gdyby nie były utrzymywane w całości przez duże ilości ciemnej materii.

Szczególnie tyczy się to galaktyk karłowatych. Podczas gdy takie galaktyki są małe i ciemne, są one także najpowszechniejszymi we wszechświecie. To co sprawia, że są one tak szczególnie interesujące dla astrofizyków jest fakt, że ich struktura jest zdominowana przez ciemną materię, przez co są one naturalnymi laboratoriami do badania tej nieuchwytnej formy materii.

W najnowszym artykule opublikowanym w periodyku Astrophysical Journal Letters, Tomas Ramfal, doktorant na UZH przeprowadził wysokiej rozdzielczości symulację komputerową narodzin galaktyk karłowatych otrzymując przy tym zaskakujące wyniki. Obliczając wzajemne oddziaływania ciemnej materii, gwiazd i centralnych czarnych dziur w tych galaktykach, zespół naukowców z Zurychu odkrył silny związek między częstotliwością łączenia tych czarnych dziur a ilością ciemnej materii w centrum galaktyk karłowatych. Mierzenie fal grawitacyjnych emitowanych przez łączące się czarne dziury może tym samym powiedzieć nam nieco o właściwości hipotetycznej cząstki ciemnej materii.

Nowo odkryty związek między czarnymi dziurami i ciemną materią może teraz być opisany w matematyczny i precyzyjny sposób. Lucio Mayer, lider grupy powiedział “Ciemna materia jest cechą wyróżniającą galaktyk karłowatych. Od dawna zatem zakładaliśmy, że powinna mieć ona wyraźny wpływ na właściwości kosmologiczne tych obiektów”.

Związek ten pojawił się w dobrym momencie, podczas przygotowań do ostatecznego projektu LISA. Wstępne wyniki symulacji przeprowadzonych przez badaczy wywołały podekscytowanie podczas spotkań konsorcjum LISA. Społeczność fizyczna postrzega nowy  sposób wykorzystania obserwatoriów fal grawitacyjnych jako obiecujący  cel na przyszłość dla jednej z największych przyszłych europejskich misji kosmicznych, której start planowany jest za jakieś 15 lat, a która połączy kosmologię z fizyką cząstek – to co największe z tym co najmniejsze.

Źródło: ZHU