Ερευνητές δημιούργησαν ένα πλήρως σχετικιστικό μοντέλο που δείχνει ότι τα βαρυτικά κύματα μπορεί να φέρουν κρυμμένες ενδείξεις για τη σκοτεινή ύλη κοντά σε τεράστιες μαύρες τρύπες.
Ένας νέος τρόπος ανίχνευσης της σκοτεινής ύλης
Νέα έρευνα από επιστήμονες του Πανεπιστημίου του Άμστερνταμ περιγράφει πώς τα βαρυτικά κύματα που παράγονται από μαύρες τρύπες θα μπορούσαν να προσφέρουν έναν τρόπο ανίχνευσης της σκοτεινής ύλης και να μάθουν περισσότερα για τη συμπεριφορά της. Κεντρικό στοιχείο της μελέτης είναι ένα μοντέλο βασισμένο στη γενική σχετικότητα του Αϊνστάιν που περιγράφει, με υψηλή ακρίβεια, πώς μια μαύρη τρύπα αλληλεπιδρά με κοντινό υλικό.
Οι Rodrigo Vicente, Theophanes K. Karydas και Gianfranco Bertone του Ινστιτούτου Φυσικής του UvA (IoP) και του κέντρου GRAPPA για τη Βαρύτητα και τη Φυσική Αστροσωματιδίων του Άμστερνταμ ανέφεραν τα ευρήματά τους στο Physical Review Letters. Η έρευνά τους παρουσιάζει μια εκλεπτυσμένη μέθοδο για την πρόβλεψη του πώς η σκοτεινή ύλη κοντά σε μαύρες τρύπες μπορεί να επηρεάσει τα βαρυτικά κύματα που παράγουν αυτά τα συστήματα.
Σπειροειδείς ακτίνες ακραίας αναλογίας μάζας
Η μελέτη εξετάζει τις σπειροειδείς ακτίνες ακραίας αναλογίας μάζας ή EMRI: συστήματα στα οποία ένα συμπαγές αντικείμενο που είναι σχετικά μικρό (για παράδειγμα, μια μαύρη τρύπα που δημιουργείται από την κατάρρευση ενός μόνο άστρου) περιστρέφεται και σταδιακά κινείται προς τα μέσα προς μια πολύ πιο ογκώδη μαύρη τρύπα που συχνά βρίσκεται στο κέντρο ενός γαλαξία. Κατά τη διάρκεια αυτού του ταξιδιού προς τα μέσα, το μικρότερο σώμα παράγει ένα συνεχές σήμα βαρυτικού κύματος.
Δύο Μαύρες Τρύπες Βαρυτικά Κύματα
Καθώς δύο μαύρες τρύπες περιστρέφονται η μία γύρω από την άλλη και συγχωνεύονται, εκπέμπουν βαρυτικά κύματα που μπορούν να ανιχνευθούν με όργανα στη Γη. Μελετώντας το λεπτομερές σχήμα αυτών των κυμάτων, οι επιστήμονες μπορούν να διερευνήσουν το περιβάλλον που περιβάλλει τις μαύρες τρύπες και, στο μέλλον, να μάθουν περισσότερα για την κατανομή και τη θεμελιώδη φύση της σκοτεινής ύλης. Πίστωση: ESA
Μελλοντικές διαστημικές αποστολές, όπως η διαστημική κεραία LISA του Ευρωπαϊκού Οργανισμού Διαστήματος, που έχει προγραμματιστεί για εκτόξευση το 2035, αναμένεται να καταγράφουν αυτά τα σήματα για μήνες ή και χρόνια, παρακολουθώντας εκατοντάδες χιλιάδες έως εκατομμύρια τροχιακούς κύκλους. Αν μοντελοποιηθούν με ακρίβεια, αυτά τα «κοσμικά δακτυλικά αποτυπώματα» μπορούν να αποκαλύψουν πώς η ύλη - ειδικά η μυστηριώδης σκοτεινή ύλη που πιστεύεται ότι αποτελεί το μεγαλύτερο μέρος της ύλης στο Σύμπαν - κατανέμεται στο άμεσο περιβάλλον των τεράστιων μαύρων τρυπών.
Μια σχετικιστική άποψη
Πριν αποστολές όπως η LISA αρχίσουν να λαμβάνουν δεδομένα, είναι σημαντικό να προβλέψουμε λεπτομερώς τι είδους σήματα θα πρέπει να περιμένουμε και πώς να εξαγάγουμε όσο το δυνατόν περισσότερες πληροφορίες από αυτά. Μέχρι τώρα, οι περισσότερες μελέτες βασίζονταν σε απλοποιημένες περιγραφές του πώς το περιβάλλον επηρεάζει τις EMRI. Η νέα εργασία των φυσικών IoP/GRAPPA καλύπτει αυτό το κενό για μια ευρεία κατηγορία περιβαλλόντων. Παρέχει το πρώτο πλήρως σχετικιστικό πλαίσιο - που σημαίνει ότι χρησιμοποιεί πλήρως τη θεωρία της βαρύτητας του Αϊνστάιν, αντί για απλούστερες προσεγγίσεις που βασίζονται στη Νευτώνεια βαρύτητα - για να περιγράψει πώς το περιβάλλον μιας τεράστιας μαύρης τρύπας τροποποιεί την τροχιά ενός EMRI και τα προκύπτοντα βαρυτικά κύματα.
Η μελέτη εστιάζει ιδιαίτερα σε πυκνές συγκεντρώσεις σκοτεινής ύλης - που συχνά ονομάζονται «αιχμές» ή «τύμβοι» - που μπορεί να σχηματιστούν γύρω από τις τεράστιες μαύρες τρύπες. Ενσωματώνοντας τη νέα σχετικιστική περιγραφή τους σε υπερσύγχρονα μοντέλα κυματομορφών, οι συγγραφείς δείχνουν πώς τέτοιες δομές θα άφηναν ένα μετρήσιμο αποτύπωμα στα σήματα που θα καταγράφονται από μελλοντικούς ανιχνευτές. Αυτή η εργασία αντιπροσωπεύει ένα θεμελιώδες βήμα σε ένα μακροπρόθεσμο πρόγραμμα που στοχεύει στη χρήση βαρυτικών κυμάτων για τη χαρτογράφηση της κατανομής της σκοτεινής ύλης στο Σύμπαν και στη διαλεύκανση της θεμελιώδους φύσης της.
www.worldenergynews.gr
