Detektory gravitačních vln mohou osvětlit temnou hmotu

Rozhovor s prof. Petrem Kulhánkem o objevu gravitačních vln (Červen 2019).

Anonim

Celosvětový tým vědců, včetně dvou fyziků z University of Mississippi, zjistil, že stejné nástroje používané při historickém objevu gravitačních vln způsobených srážkami černých děr by mohly pomoci odhalit tajemství temné hmoty, tajemnou a dosud nepozorovanou složku vesmíru.

Výzkumné poznatky Emanuele Bertiho, docent fyziky a astronomie UM, Shrobana Ghosh, absolventka studia a jejich kolegové, se objevuje v září vydání Physical Review Letters, jednoho z nejprestižnějších peer-reviewed odborných časopisů v oboru. "Stochastické a vyřešitelné gravitační vlny od ultralehkých bosonů" jsou spoluzakladateli spolužáků Richard Brito, Enrico Barausse, Vitor Cardoso, Irina Dvorkin, Antoine Klein a Paolo Pani.

Povaha temné hmoty zůstává neznámá, ale vědci odhadují, že je pětkrát bohatší než obyčejná záležitost v celém vesmíru.

"Povaha temné hmoty je jedním z největších tajemství ve fyzice, " řekl Berti. "Je pozoruhodné, že teď můžeme udělat částicovou fyziku - vyšetřovat" velmi malou "- tím, že se podíváme na emise gravitačních vln z černých děr, největších a nejjednodušších objektů ve vesmíru."

PRL je jednou z několika publikací vytvořených Americkou fyzickou společností a Americkým fyziologickým ústavem. Obsahuje dokumenty, které považují za významné pokroky v oblasti výzkumu, a proto byly publikovány rychle v krátkém formátu dopisů pro široké publikum fyziků.

Tento článek podrobně popisuje vědci, kteří pracují v Německu, Francii, Itálii, Portugalsku a USA, a ukazují, že interferometry gravitačního vlnění mohou být použity k nepřímému detekci přítomnosti temné hmoty.

Doprovodný dokument týmu, "Gravitační vlna hledá ultrafialové bosony s LIGO a LISA", byl rovněž přijat a objeví se ve Physical Review D.

Výpočty ukazují, že určité typy temné hmoty by mohly tvořit obří mraky kolem astrofyzikálních černých děr. Pokud v přírodě existují ultralehké skalární částice, rychle se otáčející černé díry spustí růst takových skalárních "kondenzátů" na úkor jejich rotační energie, vytvářejí oblak, který se otáčí kolem černé díry, nyní se pomaleji točí a vydává gravitační vlny, téměř jako obří maják na obloze.

"Jednou možností je, že tmavá hmota se skládá z skalárních polí podobných Higgsovu bosonu, ale mnohem lehčí než neutriny, " řekla Pani. "Tento typ temné hmoty je obtížně studován urychlovačů částic, jako je například Velký Hadronový Collider v CERN, ale může být přístupný detektorům gravitačních vln."

Tým pod vedením Brita studoval gravitační vlny vysílané systémem "černá díra plus mrak". V závislosti na hmotnosti hypotetických částic je signál dostatečně silný, aby byl detekován laserovým interferometrem Gravitační vlnové observatoře s nástroji v Louisianě a Washingtonu a jeho evropským protějškem Virgo, jakož i budoucí vesmírnou misí Laser Interferometer Space Anténa.

"Překvapivě, gravitační vlny ze zdrojů, které jsou příliš slabé, aby byly individuálně detekovatelné, mohou vytvářet silné stochastické pozadí, " řekl Brito. "Tato práce naznačuje, že pečlivá analýza pozadí v datových materiálech LIGO může vyloučit - nebo detekovat - ultralehkou temnou hmotu gravitačními interferometry.

"Toto je nová, vzrušující hranice ve fyzice astropartikulů, která by mohla osvětlit naše chápání mikroskopického vesmíru."

LIGO byl po dobu několika měsíců offline k aktualizaci. Tým plánuje brzy oznámit nové, vzrušující výsledky z druhého pozorování.

"Naše práce ukazuje, že pečlivá analýza stochastických gravitačních vln v datech, které již byly pořízeny, může být použita k tomu, aby bylo možno klást zajímavé překážky na povaze temné hmoty, " řekl Berti.

Tato inovativní práce "potvrzuje vysokou kvalitu práce ve fyzice astroparticle a astronomie gravitačních vln, kterou provedli členové skupiny gravitační fyziky u UM, která je všeobecně uznávána jako jeden z vůdců v této oblasti, " říká Luca Bombelliová, předsedkyně a profesorka fyzika a astronomie na Ole Miss.

menu
menu