PRL: обнаружен сигнал, возможно содержащий след темной материи

Физики из Массачусетского технологического института и европейских научных центров предложили новый способ поиска темной материи с помощью гравитационных волн и обнаружили один сигнал, который может содержать ее следы. Работа опубликована в журнале Physical Review Letters (PRL).

Темная материя считается одной из главных загадок современной физики. По оценкам ученых, она составляет более 85% всей материи во Вселенной, однако напрямую наблюдать ее невозможно: она не взаимодействует со светом и проявляет себя только через гравитацию.

Авторы новой работы предположили, что подсказки о темной материи могут скрываться в гравитационных волнах — ряби пространства-времени, возникающей при столкновении черных дыр. Если перед слиянием черные дыры проходят через плотное облако темной материи, это может изменить форму сигнала.

Для проверки гипотезы ученые проанализировали данные международной сети гравитационных обсерваторий LIGO–Virgo–KAGRA. Они изучили 28 наиболее четких событий слияния черных дыр, зарегистрированных за первые три наблюдательные кампании.

Для 27 сигналов данные соответствовали обычному сценарию столкновения в пустом пространстве. Однако событие GW190728, зарегистрированное 28 июля 2019 года, показало отличия. По расчетам исследователей, этот сигнал может быть связан с взаимодействием черных дыр с плотным облаком темной материи.

"Статистическая значимость пока недостаточна, чтобы говорить об обнаружении темной материи. Но важно, что без подобных моделей мы могли бы ошибочно считать такие слияния происходящими в вакууме", — отметил один из авторов работы Хосу Ауррекоэчеа.

Исследователи предполагают, что темная материя может состоять из сверхлегких частиц, способных образовывать плотные структуры вокруг быстро вращающихся черных дыр. В этом случае энергия вращения черной дыры усиливает концентрацию темной материи — процесс, известный как сверхизлучение.

Авторы подчеркивают, что метод может стать особенно полезным в ближайшие годы, когда детекторы гравитационных волн накопят больше данных. Это позволит искать темную материю в масштабах, которые раньше были недоступны.