Це може виявитися просто шумом.
Але це також може бути тим самим пошепкою всесвіту, що відкриває нам секрети, про які ми раніше не знали. Вчені з Массачусетського технологічного інституту (MIT) та їхні європейські партнери розробили новий метод сканування гравітаційних хвиль у пошуках відбитків темної матерії. Йдеться про ту саму темну матерію, яка оточує чорні діри, що зливаються.
Вам відомо, як зливаються чорні дірки? Ця подія породжує бриж у просторі-часі, яку ми вловлюємо на Землі. Теорія звучить так: якщо чорні дірки стикаються, рухаючись крізь густий туман невидимої речовини, цей «туман» повинен трохи спотворювати ці брижі. Зовсім небагато. Уявіть різницю між ложкою, що збиває густий суп, і тим, що розмішує прозорий бульйон.
Команда вчених не обмежилася здогадами. Вони збудували моделі. Спочатку вони симулювали танець двох чорних дірок, що завершується їх злиттям, у вакуумі. Потім — той самий процес, але із зануренням об’єктів у щільні хмари темної матерії. Після цього дослідники звернулися до архівів даних.
Відкриті дані колаборації LIGO-Virgo-KAGRA (LVK).
Вони проаналізували перші три серії спостережень за допомогою цих надчутливих детекторів. Сотні сигналів. Більшість із них були відкинуті як незначні. Дослідники сфокусувалися на 28 найчистіших та найгучніших подіях.
Двадцять сім із них? Нудно. Стандартні злиття у вакуумі. Нічого несподіваного.
Одне вирізнялося.
GW190728. Зафіксовано 28 липня 2019 року. Дані вказують, що злиття відбулося над порожньому просторі. Воно сталося у «натовпі». У щільному скупченні темної матерії.
Перш ніж ви почнете діставати шампанське. Зачекайте.
Не підтверджене відкриття темної матерії. У жодному разі. Це лише натяк. Статистичне перевага однієї моделі інший. Це означає, що якщо прорахувати дані, використовуючи шаблон з темною матерією, подія GW190728 буде відповідати моделі краще, ніж гіпотеза про злиття у вакуумі. Це обнадіює, так, але потрібно більше доказів. І їх має бути багато.
Хосу Ауркеотеа з MIT висловився прямо. Без таких інструментів, як той, що розробила його команда, ми все одно зафіксували б злиття чорних дірок. Але ми помилково припустили, що воно сталося у вакуумі. Ми пропустили контекст. Тепер, принаймні, ми можемо поставити питання правильно.
Чому це взагалі можливе?
Тому що чорні дірки – це гравітаційні монстри.
Темна матерія за своєю природою невловима. Вона не світиться. Вона не відбиває світло. Вона ледь взаємодіє з чимось, крім самої гравітації. Астрономи дізналися про неї десятиліття тому, коли усвідомили, що галактики обертаються надто швидко. Якась невидима сила утримувала їх разом. Ми вважаємо, що це «щось» становить 85% усієї матерії у всесвіті.
Ось тут починається дивна частина фізики. Деякі теорії стверджують, що темна матерія може складатися із надлегких частинок – “легких скалярів”. Коли ці частинки підходять близько до чорної діри, що швидко обертається, відбувається явище, зване супerradiance (надвипромінюванням). Чорна дірка передає їм свій спин. Вона скидає у них обертальну енергію. Цей процес може створювати щільну хмару – по суті, «хмару світла» – навколо дірки.
Ця хмара має масу. Ця маса взаємодіє з чорною діркою перед їх остаточним зіткненням. І це взаємодія? Воно змінює “музику” зіткнення. Форма гравітаційної хвилі спотворюється.
Саме цей сигнал шукав команда Ауркеотеа.
Чи сталася подія GW190728 поряд із «хмарою світла»? Математика каже: “Можливо”. Статистика заявляє: “Неоднозначно”.
Навіщо це взагалі потрібно?
Тому що нам закінчуються місця, де можна шукати. Ми не можемо побачити темну матерію прямо. Ми можемо лише припустити, наскільки вона тяжка. Цей підхід дозволяє нам досліджувати масштаби набагато менші, ніж раніше.
«Це захоплюючий час», — каже Сумен Рой, співавтор дослідження, який відповідав за аналіз даних.
Він не помиляється.
Ми сидимо тут, на Землі, ловлячи гравітаційні хвилі, що летіли мільярди років, сподіваючись на збій у матриці. GW190728 може стати цим збоєм. Або всесвіт просто веде себе дивно з інших причин. Незалежні групи мають перевірити цю роботу. Моделі потребують уточнення. Потрібні нові дані.
До того часу питання висить у повітрі, залишаючись без відповіді і манячи своїм характером, що інтригує.
Якщо наступне злиття звучатиме як вакуум… чи зробить це темну матерію ще дивнішою, ніж ми думали?
