Вчені підтвердили, що сигнали чорних дір здатні розкрити природу темної матерії

Міжнародна команда фізиків з Амстердамського університету розробила повністю релятивістську модель, яка показує, що гравітаційні хвилі можуть містити приховані сліди темної матерії поблизу надмасивних чорних дір. Дослідження, проведене Родріго Вісенте, Теофанесом Карідасом та Джанфранко Бертоне з Інституту фізики (IoP) та Центру GRAPPA з гравітації й астрофізики, опубліковане у журналі Phys­i­cal Review Let­ters.

Науковці створили точну математичну модель, побудовану на основі загальної теорії відносності Ейнштейна, що описує, як чорна діра взаємодіє з навколишньою матерією. Це дозволяє прогнозувати, яким чином темна матерія — одна з найбільших загадок космології — може впливати на гравітаційні хвилі, які виникають під час руху або злиття чорних дір.

Коли дві чорні діри обертаються одна навколо одної і зливаються, вони випромінюють гравітаційні хвилі, які можна виявити за допомогою приладів на Землі. Вивчаючи детальну форму цих хвиль, вчені можуть досліджувати середовище, що оточує чорні діри, і в майбутньому дізнатися більше про розподіл і фундаментальну природу темної матерії. Джерело: ESA

Основна увага у роботі приділяється так званим системам з екстремальним співвідношенням мас (EMRIs), де невеликий об’єкт — наприклад, зоряна чорна діра — поступово наближається до надмасивної чорної діри, що перебуває в центрі галактики. Під час цього процесу він випромінює безперервний сигнал гравітаційних хвиль, які можна фіксувати з високою точністю.

Майбутня космічна місія Європейського космічного агентства LISA, запуск якої заплановано на 2035 рік, зможе відстежувати такі сигнали протягом місяців або навіть років, спостерігаючи сотні тисяч орбітальних циклів. Вчені припускають, що детальний аналіз цих «космічних відбитків» дозволить визначити розподіл темної матерії в околицях чорних дір і зрозуміти її фундаментальну природу.

Автори зазначають, що їхня робота є першим повністю релятивістським підходом до моделювання таких систем. Це дослідження робить важливий крок до використання гравітаційних хвиль як інструмента для створення своєрідної «карти» темної матерії у Всесвіті — одного з ключових завдань сучасної астрофізики.