Научници са Универзитета у Амстердаму развили су нови начин коришћења гравитационих таласа из црних рупа како би открили присуство тамне материје и сазнали више о њеном понашању. Њихов приступ се ослања на детаљан теоријски модел заснован на Ајнштајновој теорији опште релативности. Овај модел пажљиво описује како црна рупа ступа у интеракцију са материјалом у свом непосредном окружењу, укључујући тамну материју која се не може директно видети.
Истраживање су спровели Родриго Виценте, Тхеопханес К. Каридас и Гианфранцо Бертоне са УвА Института за физику (ИоП) и ГРАППА центра изврсности за гравитацију и физику астрочестица Амстердам. Њихови налази су објављени у часопису Пхисицал Ревиев Леттерс. У студији, тим представља напреднији метод за израчунавање како тамна материја која окружује црне рупе суптилно мења гравитационе таласе који ти системи производе.
Екстремни однос масе Инспирали и дуги гравитациони сигнали
Студија се концентрише на класу система познатих као инспирали са екстремним односом масе или ЕМРИ. Они се дешавају када се мали, густи објекат – као што је црна рупа настала колапсом једне звезде – креће у орбити око много веће црне рупе, обично оне која се налази у центру галаксије. Временом, мањи објекат се постепено спирално окреће ка унутра, емитујући гравитационе таласе током овог спорог спуштања.
Очекује се да ће предстојеће свемирске мисије, укључујући свемирску антену Европске свемирске агенције ЛИСА која је планирана за лансирање 2035. године, посматрати ове сигнале током веома дугог периода. Неки ЕМРИ догађаји се могу пратити месецима или чак годинама, покривајући стотине хиљада до милиона појединачних орбита. Када научници могу да моделују ове сигнале са великом прецизношћу, добијени подаци делују као детаљни „космички отисци прстију“ који откривају како је материја распоређена у близини масивних црних рупа. Ово укључује тамну материју, за коју се верује да чини већину материје у Универзуму.
Зашто је потпуно релативистички модел битан
Пре него што опсерваторије попут ЛИСА почну да прикупљају податке, истраживачи морају унапред разумети које врсте гравитационих таласа треба да очекују и како да их тумаче. До сада су многе студије користиле поједностављене моделе који само грубо описују како окружење утиче на ЕМРИ. Према ауторима, ове апроксимације изостављају важне физичке ефекте.
Нови рад се бави овим ограничењем увођењем првог потпуно релативистичког оквира за широк спектар могућих окружења. То значи да се прорачуни у потпуности ослањају на Ајнштајнову теорију гравитације, а не на поједностављене Њутнове апроксимације. Као резултат тога, модел може прецизније да опише како материја око масивне црне рупе мења орбиту мањег објекта и преобликује гравитационе таласе који се емитују.
Шиљци тамне материје и отисци који се могу детектовати
Кључни фокус студије је на густим регионима тамне материје која се може формирати око масивних црних рупа. Ове концентрације се често називају „шиљцима“ или „насипима“. Уграђивањем свог релативистичког модела у модерне прорачуне гравитационог таласног облика, истраживачи показују да би такве структуре тамне материје остављале јасне, мерљиве потписе у сигналима које детектују будуће опсерваторије.
Аутори ово истраживање описују као суштински корак ка ширем научном циљу. Временом се надају да ће гравитациони таласи моћи да се искористе за цртање како је тамна материја распоређена по Универзуму и пружи нови увид у њену фундаменталну природу.
