Вчені зрозуміли, як перевірити відому гіпотезу про природу темної матерії

Астрофізики підозрюють, що темна речовина може складатися з особливих надлегких частинок, і є шанс їх виявити під час спостережень надмасивних чорних дірок у центрах галактик. Темна матерія поки що настільки незбагненна, що серед учених тривають запеклі дискусії про те, матерія це взагалі чи ні (гіпотеза MOND). В основному фізики все ж таки виходять з того, що це має бути якась речовина, оскільки одну річ щодо нього в космосі точно розпізнають за непрямими ознаками: речовина має величезну масу і, відповідно, гравітацію.

Коли вчені оцінили, яка сила потрібна, щоб зібрати сотні мільярдів зірок у єдину галактичну конструкцію та продовжувати міцно тримати її довгі мільярди років, вони зрозуміли, що здебільшого це якась невідома сила. На одній взаємній гравітації всіх видимих ​​об’єктів практично жодна галактика не витримала б. Доступні нашій оптиці частини галактик — маленькі перлини всередині величезних раковин прихованої маси.

Одна з цікавих версій говорить, що при всій своїй величезній загальній масі ця речовина складається з частинок, які як мінімум у мільярди разів легші за електрони, — так званих ультралегких (або надлегких) бозонів. За розрахунками, ці частинки будуть взаємодіяти зі звичайними вкрай слабо (зрозуміло, якщо не брати до уваги гравітаційної взаємодії), так що на роль невидимих ​​і невловимих цілком підходять.

Проте поблизу якогось особливо масивного скупчення зрозумілої нам речовини таку надлегку темну матерію теоретично помітити можна. Наприклад, поблизу чорної дірки, особливо якщо вона не одна, а в тісній взаємодії, скажімо, з іншою чорною діркою або із зіркою. Їхній зв’язок породжує явище під назвою «гравітаційні хвилі»: вони розходяться по тканині простору-часу, наче кола по воді.

Але якщо їх оточує невидима щільна хмара надлегких бозонів, то її власне тяжіння втручатиметься в процес і змінюватиме характер поширення гравітаційних хвиль. Так астрофізики розраховують його виявити.

Як пише у Physical Review Letters команда дослідників на чолі з професором Франциско Дьюком з Інституту гравітаційної фізики Макса Планка (Німеччина), їхня мета — надмасивні чорні дірки в центрах галактик, причому такі, що знаходяться в процесі поглинання зірки або чорної дірки мас гравітаційні хвилі.

Спостерігати, як вони колишають тканину космосу і, можливо, видають присутність частинок темної матерії, астрофізики сподіваються за допомогою нового детектора LISA (Laser Interferometer Space Antenna). Його планують запустити до космосу 2034 року.