Тёмная материя остаётся невидимой. Мы знаем, что она существует. Мы просто не можем её увидеть.
Она игнорирует свет. Полностью. Это делает её крупнейшим «призраком» во Вселенной. Но призраки могут издавать звуки.
Новые исследования меняют подход. Вместо того чтобы вглядываться в пустоту в поисках объекта, который не отражает фотоны, учёные предлагают прислушаться к самой структуре пространства-времени. А именно: они ищут рябь в гравитации.
«Использование чёрных дыр для поиска тёмной материи было бы фантастически перспективно», — говорит Родриго Винсенте, исследователь из института GrAPPA в Амстердаме.
Эта рябь, или гравитационные волны, сотрясает ткань космоса. Обычно они рождаются в результате катастрофических событий. Например, столкновения и слияния двух чёрных дыр. Насильственного танца.
Новая теория предлагает нечто более радикальное. Если эти чёрные дыры вращаются внутри плотного облака тёмной материи, их вращение взбалтывает эту среду. Представьте миксер, взбивающий густые сливки. В результате получается тёмноматериальная «масло».
Это не метафора из кулинарии. Речь идёт о плотности.
Когда чёрные дыры сливаются в этой взворушенной среде, результирующая гравитационная волна изменяется. Она несёт слабый отпечаток среды, через которую прошла. Как кашель на концерте Metallica.
В обычных условиях вы не услышали бы этот кашель. На фоне «Seek and Destroy»? Невозможно. Но с правильным оборудованием и необходимой чувствительностью вы бы заметили аномалию.
И оборудование становится всё лучше. Детекторы LIGO становятся точнее. KAGRA, Virgo — все прислушиваются всё внимательнее.
Невероятно, но это не масло
Тёмная материя упрямая. Она тяжелее всех атомов, которые мы видим. Примерно в пять раз.
Она должна отличаться от нас. Никаких протонов. Никаких нейтронов. Никаких электронов. Они взаимодействуют со светом. Они создают звёзды. Они формируют тела. Они создают экран, на котором вы читаете эти строки. Тёмная материя пропускает электромагнитную вечеринку. Она «разговаривает» только на языке гравитации.
Поэтому она искривляет пространство. Мы видим это искривление. Мы выводим массу. Но мы никогда не касаемся источника.
Учёные ищут частицы за пределами Стандартной модели. Возможно, лёгкую скалярную частицу. Крошечную. Значительно меньше электрона. Если такие частицы существуют, они должны вести себя как волны.
Волны, которые можно накачивать.
Вращающаяся чёрная дыра действует как двигатель. Она передаёт свою вращательную энергию этим гипотетическим скалярам. Плотность возрастает. «Масло» густеет.
Это плотное облако изменяет способ распространения гравитационных волн.
Винсенте и его команда отправились на охоту. Они не строили новые телескопы. Они изучали имеющиеся данные. Они просеивали шум, фокусируясь на двадцати восьми самых чётких сигналах слияний, зарегистрированных на данный момент.
Результаты? В основном тишина.
Двадцать семь слияний выглядели «чистыми». Рождёнными в вакууме. Ничего не мешало их «песне».
Но один сигнал выбился из общей картины.
Сигнал в помехах
Сигнал GW190728. Впервые уловленный в июле 2019 года.
Две чёрные дыры. Общая масса — двадцать солнц. Расположены на расстоянии восьми миллиардов световых лет.
Это слияние выглядело «грязным». В хорошем смысле. Или, по крайней мере, в интересном. Форма волны несла характерную подпись прохождения через что-то. Через что-то плотное.
Была ли это тёмная материя? Возможно.
Команда не кричит об этом на крышах. Они осторожны. Один сигнал — не доказательство. Это намёк. Шёпот на ветру.
«Мы знаем, что тёмная материя находится вокруг нас», — говорит Хосу Ауррекоэчеа из MIT. «Просто она должна быть достаточно плотной».
Чёрные дыры помогают. Они взбалтывают среду. Они сжимают плотность до уровня, достаточного, чтобы оставить отпечаток.
LIGO входит в свой пятый операционный запуск. Датчики становятся более чувствительными. Полоса пропускания расширяется.
Если тот единственный сигнал был «призраком» тёмной материи, другие могут последовать.
Мы «строим уши», чтобы услышать их. Мы учимся тому, как меняется сигнал, проходя через вещество по сравнению с вакуумом. Теория готова. Инструменты готовы.
Возможно, просто возможно, мы наконец-то слушаем в правильном месте.
