A világegyetem legnagyobb rejtőzködő játéka
Tudtad, hogy az univerzum anyagának nagyjából 85 százaléka láthatatlan? Semmi fényt nem ver vissza, nem lehet megfogni, és semmilyen műszerrel sem látjuk közvetlenül. Mégis tudjuk, hogy létezik, mert a gravitációja hatással van a körülötte lévő dolgokra. Ezt a rejtélyes anyagot sötét anyagnak nevezzük, és évtizedek óta fejfájást okoz a fizikusoknak.
A legnagyobb gond az, hogy fogalmunk sincs, miből áll. Mintha valaki sáros cipővel járt volna a lakásban, de sosem látnánk, ki hagyta a nyomokat.
Új nyomozási módszer fekete lyukakkal
Lehet, hogy a fekete lyukak segítenek megoldani ezt a rejtélyt. Ezek a legvadabb, legszélsőségesebb objektumok a világűrben. Egy nemzetközi kutatócsoport most azt vizsgálja, hogy a fekete lyukak összeolvadásából származó gravitációs hullámok tartalmazhatnak-e nyomokat a sötét anyagról.
Amikor két fekete lyuk spirálisan közeledik egymáshoz és összeütközik, téridő-hullámokat kelt. Ezeket az utóbbi években már több helyen is észlelik a Földön. A kutatók szerint, ha egy ilyen ütközés előtt a fekete lyukak sötét anyag felhőjében haladtak, az esetleg megváltoztathatja a hullámok mintázatát.
A szuper-radiancia jelensége
A hatás mögött egy érdekes fizikai folyamat, a szuper-radiancia áll. A sötét anyag apró, könnyű részecskékből állhat, amelyek hullámként is viselkedhetnek. Ha ezek a részecskék egy gyorsan forgó fekete lyuk közelébe kerülnek, energia kerül át a fekete lyuk forgásából a részecskékbe. Ezáltal a sötét anyag sűrűsége megnőhet a fekete lyuk körül.
Ez a sűrűbb felhő talán megváltoztathatja a gravitációs hullámok formáját, így nyomot hagyhat azokban.
Számítógépes modellek és valós adatok
A kutatók részletes számítógépes simulációkat készítettek. Ezekben variálták a fekete lyukak tömegét, a körülöttük lévő sötét anyag mennyiségét és sűrűségét. Ezeket a modell eredményeket aztán összevetették a LIGO, Virgo és KAGRA nevű obszervatóriumok által észlelt 28 erős gravitációs hullámjelével.
A legtöbb jel pontosan megfelel annak, amit üres térben történő fekete lyuk ütközésekre várnánk. Egy jel azonban – GW190728 néven – eltért a szokásostól. Ez a jel 2019-ben érkezett, és két fekete lyuk összeolvadásából származott. A kutatók szerint ez a mintázat esetleg egy sötét anyag felhő jelenlétére utalhat.
Óvatos következtetések és új lehetőség
A kutatók hangsúlyozzák, hogy ez nem bizonyíték. Csak egy jel, ami érdemes további vizsgálatra. Ez a felfedezés mégis új utat nyit a sötét anyag kutatásában. Ahelyett, hogy közvetlenül próbálnánk észlelni a sötét anyagot, most a gravitációs hullámokon keresztül kereshetjük a hatásait.
Ez a megközelítés még mindig a kezdeti szakaszban van. További mérések és független elemzések kellenek,才能 hogy kiderüljön, valóban működik-e a módszer. Ha igen, a gravitációs hullámok új ablakot nyithatnak a láthatatlan univerzum felé.