Никогда прежде не обнаруженный тип гравитационных волн намекает на темную материю

Новый тип детектора гравитационных волн, работающий в Западной Австралии, зарегистрировал два редких события, которые могут быть сигналами темной материи или первичных черных дыр. Такие высокочастотные гравитационные волны недоступны для большинства детекторов и никогда ранее не регистрировались.

Гравитационные волны — это рябь в самой ткани пространства-времени, впервые предсказанная Эйнштейном более века назад, но не обнаруженная напрямую до 2015 года.

С тех пор были сделаны десятки открытий, в основном такими объектами, как LIGO, которые могут обнаруживать волны с частотами от 7 кГц до 30 Гц. Это в диапазоне волн, вызванных катастрофами, такими как столкновения черных дыр и нейтронных звезд.

Но ожидается, что гравитационные волны выходят и за пределы этого диапазона. В настоящее время проводятся два эксперимента по поиску очень высокочастотных волн, которые могли бы представлять другие космические события или объекты. И теперь первый пакет данных был возвращен для одного из этих экспериментов, включая два обнаружения, представляющих особый интерес.

Проект осуществляется Центром передового опыта в области физики частиц темной материи (CDM) и Университетом Западной Австралии и основан на уникальном типе детектора гравитационных волн, известном как резонатор объемных акустических волн (BAW).

В эксперименте используется диск из кристалла кварца, который колеблется на высоких частотах, когда через него проходят волны. Это генерирует электрический заряд, который может быть уловлен двумя проводящими пластинами, прижатыми к кварцевому диску. Затем этот сигнал проходит через сверхпроводящее устройство квантовой интерференции (SQUID), которое усиливает сигнал, чтобы его мог уловить детектор.

Затем все это помещается внутри нескольких радиационных экранов, чтобы предотвратить помехи от внешнего электромагнитного излучения, и охлаждается почти до абсолютного нуля, чтобы уменьшить шум в сигнале. Это позволяет устройству обнаруживать частоты в диапазоне МГц.

Эксперимент BAW проводился в течение 153 дней в двух отдельных запусках в 2019 году, и за это время ученые наблюдали два редких события, первое 12 мая, а второе 27 ноября. Оба они происходили на высоких частотах около 5 МГц.

Какие это именно сигналы могут быть, остается неизвестным, но есть несколько интересных возможностей.

Предполагается, что первичные черные дыры были созданы в течение первых миллисекунд после Большого взрыва и могли стать зародышами сверхмассивных черных дыр в центрах галактик. Высокочастотные гравитационные волны могли быть испущены одной из этих первичных черных дыр, существование которых еще предстоит окончательно доказать.

 Смотрите также: Невидимые бозонные звезды могут объяснить загадочные гравитационные волны

Другая возможность состоит в том, что сигнал исходит от облака частиц темной материи. Считается, что этот странный материал пронизывает Вселенную и взаимодействует с обычным веществом только благодаря мощному гравитационному воздействию.

Подтверждение любого сценария было бы огромным прорывом для физики, но пока стоит сохранять хладнокровие. Команда ученых говорит, что сигнал может быть гораздо менее захватывающим, например, помехи от заряженных частиц, механическое напряжение, случайный атомный процесс или метеоритное событие.

«Замечательно, что это событие показало, что новый детектор чувствителен и дает нам результаты, но теперь мы должны точно определить, что означают эти результаты», — говорит Уильям Кэмпбелл, автор исследования.

Ученые говорят, что будущие версии этой технологии будут искать гравитационные волны на еще более высоких частотах и ​​сравнивать результаты нескольких детекторов, чтобы устранить помехи.

«Следующее поколение эксперимента будет включать создание клона детектора и мюонного детектора, чувствительного к космическим частицам», — говорит Уильям Кэмпбелл. «Если два детектора обнаружат присутствие гравитационных волн, это будет действительно интересно».

Это не первое обнаружение за пределами обычного диапазона. Другие команды исследователей уловили сигналы с чрезвычайно низкими частотами, которые могли быть вызваны другим типом темной материи или фоновым «гудением» Вселенной.

Исследование было опубликовано в журнале Physical Review Letters.