Детекторы гравитационных волн нацелились на поиск темной материи

473

Невероятно чувствительные инструменты, использованные в знаковых открытиях, могут помочь решить одну из самых больших загадок во Вселенной.

Технология, стоящая за одним из крупнейших научных прорывов века — обнаружением гравитационных волн — теперь используется для поиска неуловимой темной материи. В исследовании, недавно опубликованном в журнале Nature, группа под руководством ученых из Института гравитационных исследований Кардиффского университета использовала данные немецко-британского детектора гравитационных волн GEO600 недалеко от Ганновера, для поиска нового вида темной материи.

Хотя прямого обнаружения не проводилось, этот уникальный поиск является первым шагом в создании нового метода поиска. Необнаружение позволило исследователям исключить некоторые теории о темной материи и поможет улучшить будущие поиски этой невидимой составляющей нашей Вселенной.

Считается, что составляет примерно 85% всей материи во Вселенной. Она никогда не наблюдалась напрямую и остается одной из самых больших нерешенных загадок современной физики.

Несмотря на то, что никогда не была обнаружена напрямую, ученые подозревают, что она существует из-за ее гравитационного воздействия на объекты по всей Вселенной. Например, большое количество невидимой материи может объяснить, почему вращаются так, как они это делают, и как они вообще могли образоваться.

До недавнего времени считалось, что состоит из тяжелых элементарных частиц. Они не были обнаружены, несмотря на множество усилий, и теперь ученые обращаются к альтернативным теориям для объяснения темной материи.

Недавняя теория утверждает, что на самом деле представляет собой нечто, называемое скалярным полем, которое будет вести себя как невидимые волны, отражающиеся вокруг галактик, включая наш собственный Млечный Путь.

Имея в своем распоряжении чрезвычайно чувствительные детекторы, уже проверенные несколькими выдающимися открытиями, ученые считают, что существующая технология поиска гравитационных волн имеет реальный потенциал, чтобы, наконец, напрямую обнаружить темную материю и даже выяснить, из чего она состоит.

«Мы поняли, что наши инструменты можно использовать для поиска этого нового вида темной материи, хотя изначально они были предназначены для обнаружения гравитационных волн», — сказал Хартмут Гроте из Института гравитационных исследований Кардиффского университета, который инициировал исследование и возглавлял проект GEO600 с 2009 по 2017 год.

В лазерном интерферометре, таком как GEO600, разделяется на два луча света, которые проходят сотни метров (600 метров) через вакуумные трубки и отражаются между зеркалами, прежде чем встретиться на детекторе.

Исходя из этого, ученые могут с большой точностью оценить, насколько рассинхронизированы лучи света друг с другом, что само по себе является показателем любого возмущения, с которым сталкиваются лучи.

При обнаружении гравитационных волн рябь в пространстве-времени от далеких астрономических событий сжимает и растягивает расстояние, которое проходит лазерный луч, на тысячную часть диаметра протона.

Детектор GEO 600 в Германии представляет собой высокочувствительный интерферометр и использовался для разработки большей части технологий, необходимых для обнаружения гравитационных волн с помощью и Virgo. Хотя другие детекторы более чувствительны к гравитационным волнам, GEO600 наиболее чувствителен к воздействию темной материи скалярного поля.

«Волны темной материи скалярного поля будут проходить прямо через Землю и наши инструменты, но при этом будут вызывать легкую вибрацию таких объектов, как зеркала», — сказал ведущий исследователь проекта Сандер Вермюлен.

«Вибрации зеркал будут возмущать лучи света в таких приборах, как GEO600 или детекторы LIGO, особым образом, характерным для темной материи, и это то, что мы должны быть в состоянии обнаружить, в зависимости от точных свойств этой темной материи».

Хотя команде ученых не удалось сделать какое-либо обнаружение в этом новом исследовании, они говорят, что делают важные первые шаги с точки зрения внедрения этой технологии в поиск темной материи и уже добились прогресса в плане сужения определенных параметров для будущих исследований.

«Я был удивлен тем, насколько чувствительным может быть инструмент для поиска темной материи, хотя изначально он был создан для совершенно другой цели», — говорит Хартмут Гроте.

«Мы окончательно исключили некоторые теории, утверждающие, что обладает определенными свойствами, поэтому будущие поиски теперь имеют лучшее представление о том, что искать. Мы считаем, что эти новые методы имеют реальный потенциал для обнаружения темной материи в какой-то момент в будущем».

Исследование было опубликовано в журнале Nature.
Смотрите также:
Подписаться
Уведомление о
guest
0 Комментарий
Встроенные отзывы
Посмотреть все комментарии