С момента исторического открытия гравитационных волн в 2015 году эта область науки становится все увлекательнее и необычнее. Теоретики давно выдвигали идею: если черные дыры окружены облаками темной материи (ТМ), это может влиять на движение объектов и искажать гравитационный сигнал.
Эта гипотеза получила новый импульс. Астрофизики, изучив возможное воздействие ТМ на компактные объекты и распространение гравитационных волн, пришли к выводу: распределение темной материи в космосе и вокруг сливающихся черных дыр способно менять форму гравитационных сигналов.
Особый интерес ученых привлекли сверхлегкие скалярные частицы, такие как аксионы и их аналоги. Если ТМ состоит из этих гипотетических частиц с ничтожной массой, модели предсказывают: вокруг вращающихся черных дыр могут формироваться плотные облака благодаря эффекту сверхизлучения. Черная дыра передает частицам часть энергии своего вращения.
Чтобы проверить возможность обнаружения следов таких облаков в данных коллабораций LIGO, VIRGO и KAGRA, исследователи разработали специальную модель гравитационных волн. Она учитывает влияние облака ТМ на движение двойной системы черных дыр. Модель прошла проверку на сложных численных симуляциях, имитирующих слияние космических гигантов внутри облака темной материи.
Оказалось, присутствие облака немного ускоряет спиральное сближение черных дыр. Это изменяет частоту гравитационных волн — ключевой нарастающий сигнал для детекторов. В стандартных моделях без учета внешней среды подобные отклонения могут быть ошибочно приняты за иные массы или параметры системы.
Протестировав модель, авторы проанализировали 28 событий из каталога GWTC-3. Большинство данных хорошо соответствовало картине без ТМ. Однако в двух случаях — GW190814 и особенно GW190728 — ученые обнаружили аномалии. Для GW190728 статистический анализ показал умеренное предпочтение сценарию с облаком темной материи вокруг черных дыр.
Если интерпретация верна, это может указывать на частицу массой порядка 10 в минус 12 степени электронвольт. Столь ничтожная масса означает, что подобные частицы ведут себя скорее как волны, а не традиционные частицы ТМ. Некоторые научные группы рассматривают их как кандидатов в "волновую" темную материю, способную объяснить ряд космологических тайн.
Авторы исследования, опубликованного в Physical Review Letters, подчеркивают: речь не об открытии. Сигнал статистически слаб, а схожие эффекты могут вызываться иными факторами, например газом вокруг черных дыр или особенностями их орбит. Тем не менее, работа демонстрирует: гравитационные волны становятся не только инструментом астрофизики, но и мощным способом поиска принципиально новой физики.
Стоит отметить, что в научной среде растут сомнения в том, что темная материя состоит из частиц. Хотя существование ТМ не вызывает сомнений, ни одна из множества гипотез о ее природе пока не получила убедительного подтверждения.
Источник: naked-science.ru
