Это может оказаться просто шумом.
Но это также может быть тем самым шепотом вселенной, открывающим нам секреты, о которых мы прежде не знали. Ученые из Массачусетского технологического института (MIT) и их европейские партнеры разработали новый метод сканирования гравитационных волн в поисках отпечатков темной материи. Речь идет о той самой темной материи, которая окружает сливающиеся черные дыры.
Вам известно, как сливаются черные дыры? Это событие порождает рябь в пространстве-времени, которую мы улавливаем на Земле. Теория звучит так: если черные дыры сталкиваются, двигаясь сквозь густой туман невидимого вещества, этот «туман» должен слегка искажать эти рябь. Совсем немного. Представьте разницу между ложкой, взбивающей густой суп, и той, что размешивает прозрачный бульон.
Команда ученых не ограничилась догадками. Они построили модели. Сначала они симулировали танец двух черных дыр, завершающийся их слиянием, в вакууме. Затем — тот же процесс, но с погружением объектов в плотные облака темной материи. После этого исследователи обратились к архивам данных.
Открытые данные коллаборации LIGO-Virgo-KAGRA (LVK).
Они проанализировали первые три серии наблюдений с помощью этих сверхчувствительных детекторов. Сотни сигналов. Большинство из них были отброшены как незначимые. Исследователи сфокусировались на 28 самых чистых и громких событиях.
Двадцать семь из них? Скучно. Стандартные слияния в вакууме. Ничего неожиданного.
Одно выделялось.
GW190728. Зафиксировано 28 июля 2019 года. Данные указывают на то, что слияние произошло не в пустом пространстве. Оно произошло в «толпе». В плотном скоплении темной материи.
Прежде чем вы начнете доставать шампанское. Подождите.
Это не подтвержденное открытие темной материи. Ни в коем случае. Это лишь намек. Статистическое предпочтение одной модели другой. Это означает, что если просчитать данные, используя шаблон с темной материей, событие GW190728 будет соответствовать модели лучше, чем гипотеза о слиянии в вакууме. Это обнадеживает, да, но требуется больше доказательств. И их должно быть много.
Хосу Ауркеотеа из MIT выразился прямо. Без таких инструментов, как тот, что разработала его команда, мы все равно бы зафиксировали слияние черных дыр. Но мы ошибочно предположили бы, что оно произошло в вакууме. Мы пропустили бы контекст. Теперь же, по крайней мере, мы можем задать вопрос правильно.
Почему это вообще возможно?
Потому что черные дыры — это гравитационные монстры.
Темная материя по своей природе неуловима. Она не светится. Она не отражает свет. Она едва взаимодействует с чем-либо, кроме самой гравитации. Астрономы узнали о ней десятилетия назад, когда осознали, что галактики вращаются слишком быстро. Некая невидимая сила удерживала их вместе. Мы полагаем, что это «нечто» составляет 85% всей материи во вселенной.
Вот здесь начинается странная часть физики. Некоторые теории утверждают, что темная материя может состоять из сверхлегких частиц — «легких скаляров». Когда эти частицы подходят близко к быстро вращающейся черной дыре, происходит явление, называемое супerradiance (сверхизлучением). Черная дыра передает им свой спин. Она сбрасывает в них вращательную энергию. Этот процесс может создавать плотное облако — по сути, «облако света» — вокруг дыры.
У этого облака есть масса. Эта масса взаимодействует с черной дырой перед их окончательным столкновением. И это взаимодействие? Оно меняет «музыку» столкновения. Форма гравитационной волны искажается.
Именно этот сигнал искал команда Ауркеотеа.
Произошло ли событие GW190728 рядом с «облаком света»? Математика говорит: «Возможно». Статистика заявляет: «Неоднозначно».
Зачем вообще это нужно?
Потому что нам заканчиваются места, где можно искать. Мы не можем увидеть темную материю напрямую. Мы можем лишь предположить, насколько она тяжелая. Этот подход позволяет нам исследовать масштабы, гораздо меньшие, чем раньше.
«Это захватывающее время», — говорит Сумен Рой, соавтор исследования, отвечавший за анализ данных.
Он не ошибается.
Мы сидим здесь, на Земле, ловя гравитационные волны, летевшие миллиарды лет, надеясь на сбой в матрице. GW190728 может быть этим сбоем. Или вселенная просто ведет себя странно по другим причинам. Независимые группы должны проверить эту работу. Модели нуждаются в уточнении. Требуются новые данные.
До тех пор вопрос висит в воздухе, оставаясь без ответа и маня своим интригующим характером.
Если следующее слияние будет звучать как вакуум… сделает ли это темную материю еще более странной, чем мы думали?
