Może to po prostu hałas.
Ale może to być także sam szept wszechświata, odkrywający przed nami tajemnice, o których wcześniej nie mieliśmy pojęcia. Naukowcy z Massachusetts Institute of Technology (MIT) i ich europejscy partnerzy opracowali nową metodę skanowania fal grawitacyjnych w poszukiwaniu odcisków palców ciemnej materii. Mówimy o bardzo ciemnej materii otaczającej łączące się czarne dziury.
Czy wiesz, jak czarne dziury łączą się? To wydarzenie powoduje powstawanie zmarszczek w czasoprzestrzeni, które wykrywamy na Ziemi. Teoria wygląda następująco: jeśli czarne dziury zderzą się podczas poruszania się przez gęstą mgłę niewidzialnej materii, ta „mgła” powinna nieznacznie zniekształcić te zmarszczki. Troszeczkę. Wyobraź sobie różnicę pomiędzy łyżką ubijającą gęstą zupę a mieszającą klarowny bulion.
Zespół naukowców nie ograniczył się do domysłów. Budowali modele. Najpierw symulowali taniec dwóch czarnych dziur, kończący się ich połączeniem, w próżni. Następnie – ten sam proces, ale z obiektami zanurzonymi w gęstych obłokach ciemnej materii. Następnie badacze zajęli się archiwami danych.
Otwarte dane ze współpracy LIGO-Virgo-KAGRA (LVK).
Przeanalizowali pierwsze trzy serie obserwacji przy użyciu tych ultraczułych detektorów. Setki sygnałów. Większość z nich została odrzucona jako nieistotna. Naukowcy skupili się na 28 najczystszych i najgłośniejszych wydarzeniach.
Dwudziestu siedmiu z nich? Nudny. Standardowe fuzje w próżni. Nic niespodziewanego.
Wyróżniała się jedna rzecz.
GW190728. Nagrano 28 lipca 2019 r. Z danych wynika, że fuzja nie nastąpiła w pustej przestrzeni. Stało się to w „tłumie”. W gęstej gromadzie ciemnej materii.
Zanim zaczniesz sięgać po szampana. Czekać.
To niepotwierdzone odkrycie ciemnej materii. Nie ma mowy. To tylko wskazówka. Statystyczna preferencja jednego modelu względem drugiego. Oznacza to, że gdyby dane przeprowadzono przy użyciu szablonu ciemnej materii, zdarzenie GW190728 pasowałoby do modelu lepiej niż hipoteza połączenia próżniowego. To rzeczywiście zachęcające, ale potrzeba więcej dowodów. A powinno być ich mnóstwo.
Josue Aurkeotea z MIT ujął to bez ogródek. Bez narzędzi takich jak to opracowane przez jego zespół nadal wykrywalibyśmy łączenie się czarnych dziur. Jednak błędnie założylibyśmy, że wydarzyło się to w próżni. Brakowałoby nam kontekstu. Teraz przynajmniej możemy zadać pytanie poprawnie.
Dlaczego jest to w ogóle możliwe?
Ponieważ czarne dziury są potworami grawitacyjnymi.
Ciemna materia jest z natury nieuchwytna. Nie świeci. Nie odbija światła. Ledwo oddziałuje z czymkolwiek poza samą grawitacją. Astronomowie dowiedzieli się o tym kilkadziesiąt lat temu, kiedy zdali sobie sprawę, że galaktyki wirują zbyt szybko. Trzymała ich razem jakaś niewidzialna siła. Wierzymy, że to „coś” stanowi 85% całej materii we wszechświecie.
W tym miejscu pojawia się dziwna część fizyki. Niektóre teorie twierdzą, że ciemna materia może składać się z ultralekkich cząstek zwanych „świetlnymi skalarami”. Kiedy cząstki te zbliżają się do szybko wirującej czarnej dziury, zachodzi zjawisko zwane superradiancją. Czarna dziura przekazuje im swój obrót. Wrzuca w nie energię rotacyjną. Proces ten może stworzyć gęstą chmurę – zasadniczo „chmurę światła” – wokół dziury.
Ta chmura ma masę. Masa ta oddziałuje z czarną dziurą przed ostatecznym zderzeniem. A ta interakcja? Zmienia „muzykę” spotkania. Kształt fali grawitacyjnej jest zniekształcony.
To właśnie tego sygnału szukał zespół Aurkeotea.
Czy zdarzenie GW190728 miało miejsce w pobliżu „obłoku światła”? Matematyka mówi: „Być może”. Statystyki mówią: „Dwuznaczne”.
Dlaczego jest to w ogóle konieczne?
Ponieważ kończą nam się miejsca do szukania. Nie możemy bezpośrednio zobaczyć ciemnej materii. Możemy się tylko domyślać, jak ciężki jest. Takie podejście pozwala nam badać w skali znacznie mniejszej niż dotychczas.
„To ekscytujące czasy” – mówi Soumen Roy, współautor badania odpowiedzialny za analizę danych.
On się nie myli.
Siedzimy tutaj, na Ziemi, wyłapując fale grawitacyjne, które podróżowały przez miliardy lat, mając nadzieję na błąd w matrixie. GW190728 może być tą usterką. Albo wszechświat po prostu zachowuje się dziwnie z innych powodów. Niezależne grupy powinny dokonać przeglądu tej pracy. Modele wymagają wyjaśnienia. Wymagane nowe dane.
Do tego czasu pytanie wisi w powietrzu, pozostaje bez odpowiedzi i kusi swoją intrygującą naturą.
Jeśli następna fuzja będzie brzmieć jak próżnia… czy to sprawi, że ciemna materia stanie się jeszcze dziwniejsza, niż myśleliśmy?
