Mustat aukot paljastavat pimeän aineen jälkiä
Noin 85 prosenttia maailmankaikkeuden aineesta on täysin näkymätöntä. Emme voi nähdä sitä emmekä koskea, mutta sen olemassaolon paljastaa painovoima. Tätä arvoituksellista ainetta kutsutaan pimeäksi aineeksi, ja se on pitkään ollut fyysikkojen suurin päänsärky.
Ongelma on yksinkertainen: emme tiedä, mitä se oikeastaan on. Tiedämme vain, että se on olemassa.
Mustat aukot apuna etsinnässä
Nyt tutkijat MIT:stä ja eurooppalaisista yliopistoista ehdottavat, että mustat aukot saattavat auttaa ratkaisemaan arvoituksen. Kun kaksi mustaa aukkoa törmää, ne synnyttävät aika-avaruuteen painovoima-aaltoja. Jos aukot ovat liikkuneet pimeän aineen pilvessä ennen törmäystä, aine voi jättää jälkensä aaltoihin.
Tämä jälki syntyy ilmiön kautta, jota kutsutaan superradiaatioksi. Kun kevyet pimeän aineen hiukkaset kohtaavat pyörivän mustan aukon, energia siirtyy aukon pyörimisestä hiukkasiin. Näin pimeä aine tiivistyy aukon ympärille. Tiivistynyt pilvi muuttaa puolestaan painovoima-aaltojen muotoa.
Mallit ja mittaukset
Tutkijat loivat tietokoneella yksityiskohtaisia malleja mustien aukkojen törmäyksistä. He vaihtelivat aukkojen massaa ja pimeän aineen tiheyttä. Mallien pohjalta he tarkastelivat LIGO-, Virgo- ja KAGRA-havaintoasemien keräämää dataa.
Yhteensä 28 voimakkainta signaalia käytiin läpi. 27 tapauksessa aallot vastasivat tavallista mustien aukkojen törmäystä. Yksi signaali poikkesi kuitenkin selvästi. Se havaittiin 28. heinäkuuta 2019, eikä sen muoto vastannut tavallista mallia. Tutkijoiden mukaan se sopisi kuvaukseen, jossa mustat aukot törmäävät pimeän aineen pilvessä.
Varoitus ja lupaus
Tutkijat korostavat, että kyseessä ei ole varma löytö. Signaali on vain vihje, joka vaatii lisätutkimusta. Silti menetelmä on uusi ja lupaava. Aiemmin pimeää ainetta on etsitään suoraan, mutta nyt sen vaikutusta tarkkaillaan painovoima-aaltojen kautta.
Mustat aukot voivat tiivistää pimeää ainetta niin, että sen jäljet näkyvät mittauksissa. Tämä avaa uuden tien arvoituksen ratkaisemiseen.
Tulevaisuuden etsintä
Nyt kun malli on valmis, tutkijat voivat etsiä samankaltaisia poikkeamia tulevissa havainnoissa. Jokainen uusi signaali kertoo lisää pimeästä aineesta ja siitä, miten tiheänä se esiintyy.
Menetelmä ei vielä ratkaissut arvoitusta,但 se avaa uuden ikkunan maailmankaikkeuden suurimpaan mysteeriin. Painovoima-aallot voivat lopulta paljastaa, mitä pimeän aineen varjossa piilee.