Невероятно чувствителните инструменти за откриване на гравитационни вълни, биха могли да помогнат за решаването на една от най-големите останали мистерии във Вселената.
Технологията, която стои зад един от най-големите научни пробиви на века – откриването на гравитационни вълни – сега се използва в търсенето на неуловимата тъмна материя. В проучване, публикувано наскоро в Nature, екип, ръководен от учени от Института за изследване на гравитацията на Кардифския университет, използва данни от германско-британския детектор за гравитационни вълни GEO600 близо до Хановер, Германия, за да търси нов вид тъмна материя за първи път. Въпреки че не е направено директно откриване, това уникално търсене е първата стъпка в създаването на нов метод за търсене. Неоткриването позволи на изследователите да изключат някои теории за тъмната материя и помага да се подобрят бъдещите търсения на тази невидима съставка на нашата Вселена.
Смята се, че съставлява приблизително 85% от цялата материя във Вселената, тъмната материя никога не е била наблюдавана директно и остава една от най-големите неразгадани мистерии в съвременната физика. Въпреки че тъмната материя никога не е била пряко открита, учените подозират, че тя съществува поради гравитационния й ефект върху обекти в цялата Вселена. Например голямо количество невидима материя може да обясни защо галактиките се въртят така, както се въртят, и как биха могли да се образуват.
Доскоро се смяташе, че тъмната материя е съставена от тежки елементарни частици. Те не бяха открити въпреки множеството усилия и сега учените се обръщат към алтернативни теории, за да обяснят тъмната материя. Една скорошна теория казва, че тъмната материя всъщност е нещо, наречено скаларно поле, което би се държало като невидими вълни, разпространяващи се около галактиките, включително нашия собствен Млечен път.
С изключително чувствителни детектори, които вече са на тяхно разположение, вече доказани чрез няколко изключителни открития, учените вярват, че съществуващата технология за регистриране на гравитационни вълни има истинския потенциал най-накрая директно да открие тъмната материя и дори да разбере от какво е съставена.
„Осъзнахме, че нашите инструменти могат да се използват за лов на нов вид тъмна материя, въпреки че първоначално бяха проектирани за откриване на гравитационни вълни“, коментира Хартмут Гроте (Hartmut Grote) от Института за изследване на гравитацията на университета в Кардиф, който инициира изследването и който е водещ учен за GEO600 от 2009 до 2017 г.
В лазерен интерферометър като GEO600, лазерът се разделя на два лъча светлина, които пътуват стотици метри през вакуумни тръби и се пречупват от огледала, преди да се срещнат с детектор. От това учените могат да преценят с голяма точност колко несинхронизирани са светлинните лъчи един с друг, което само по себе си е показател за всякакви смущения, които срещат лъчите. При откриване на гравитационни вълни, вълните в пространство-времето от далечни астрономически събития компресират и разтягат разстоянието, което лазерната светлина изминава с една хилядна от диаметъра на протона.
Детекторът GEO 600 в Германия е високочувствителен интерферометър и е използван за разработване на голяма част от технологията, необходима за откриване на гравитационни вълни от LIGO и Virgo. Въпреки че другите детектори са по-чувствителни към гравитационните вълни, GEO600 е най-чувствителен към ефектите на скаларното поле на тъмната материя.
„Вълните на тъмната материя от скаларно поле биха преминали направо през Земята и нашите инструменти, но докато го правят, биха накарали обекти като огледалата да вибрират много леко“, обяснява водещият изследовател Сандер Вермюлен (Sander Vermeulen), също от Университета в Кардиф. „Вибрациите на огледалата биха нарушили лъчите светлина в инструменти като GEO600 или детекторите LIGO по особен начин, характерен за тъмната материя, което е нещо, което би трябвало да можем да открием, в зависимост от точните свойства на тази тъмна материя."
Въпреки че липсва каквото и да е откритие в това ново проучване, изследователите казват, че това е важна първа стъпка по отношение на въвеждането на тази технология в търсенето на тъмна материя и вече е постигнат напредък по отношение на стесняване на определени параметри за бъдещи изследвания.
„Бях изненадан от това колко чувствителен може да бъде инструментът за лов на тъмна материя, когато първоначално бе създаден за съвсем различна цел“, коментира Гроте.
„Окончателно изключихме някои теории, които твърдят, че тъмната материя има определени свойства, така че бъдещите търсения вече имат по-добра представа какво да търсят“, отбелязва Вермюлен. „Смятаме, че тези нови техники имат истинския потенциал да открият тъмна материя в някакъв момент в бъдеще."
Справка: “Direct limits for scalar field dark matter from a gravitational-wave detector” by Sander M. Vermeulen, Philip Relton, Hartmut Grote, Vivien Raymond, Christoph Affeldt, Fabio Bergamin, Aparna Bisht, Marc Brinkmann, Karsten Danzmann, Suresh Doravari, Volker Kringel, James Lough, Harald Lück, Moritz Mehmet, Nikhil Mukund, Séverin Nadji, Emil Schreiber, Borja Sorazu, Kenneth A. Strain, Henning Vahlbruch, Michael Weinert, Benno Willke and Holger Wittel, 15 December 2021, Nature.
DOI: 10.1038/s41586-021-04031-y
Източник: Solving One of the Biggest Mysteries in the Universe: Gravitational Wave Scientists Set Their Sights on Dark Matter
Max Planck Institute
Още по темата
Космос
Едно и също ли са черните дупки и тъмната материя? Астрофизиците променят обясненията на учебниците
Космос
А може би тъмната материя се състои от облаци скаларни бозони?
Космос
Учени предлагат нов модел на тъмна материя с тежки съставни частици
Коментари
Моля, регистрирайте се от TУК!
Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!
Няма коментари към тази новина !
Последни коментари