Темную материю посоветовали «ловить» с помощью детекторов гравитационных волн
Хотя о возможном существовании темной материи говорится уже не один десяток лет, а количество гипотез о ее природе перевалило за сотню, ученые пока не смогли найти каких-либо убедительных доказательств того, что она действительно есть, не говоря уже о ее составе. Поэтому безуспешные попытки «поймать» темную материю до сих пор остаются предметом научных изысканий многих астрофизиков.
Новый метод поиска неуловимой материи представила группа индийских ученых из Института фундаментальных исследований Тата в Мумбаи и Индийского научного института в Бангалоре, к ним также присоединились сотрудники Калифорнийского университета. Они предложили использовать детекторы гравитационных волн, а в качестве «мишеней» — нейтронные звезды.
По оценке физиков, частицы темной материи (если они в принципе существуют) могут накапливаться в нейтронных звездах из-за негравитационного взаимодействия. Со временем они должны образовать плотное ядро, которое неизбежно сколлапсирует в крошечную черную дыру. Новорожденное «чудовище» поглотит звезду-хозяина и вберет в себя весь ее материал. Причем из-за нарушения классического сценария образования черных дыр предел Оппенгеймера-Волкова (примерно 2-2,5 масс Солнца, необходимых для коллапса звезды) здесь уже не работает, а значит, эти черные дыры можно обнаружить по их сравнительно малой массе.
Как заметил глава исследовательской группы Анупам Рэй, «старые системы двойных нейтронных звезд в плотных областях галактики должны были эволюционировать в системы двойных черных дыр». Поэтому если ученые не увидят никаких аномально маломассивных слияний, то это будет накладывать новые ограничения на темную материю.
Что особенно интересно, подобные события уже известны: например, слияния GW190814 и GW190425, по-видимому, связаны по крайней мере с одним компактным объектом малой массы. Теперь ученые предприняли целенаправленный поиск черных дыр малой массы. Рамки, установленные в этом исследовании, находятся далеко за пределами досягаемости современных наземных детекторов темной материи, таких как XENON1T, PANDA, LUX-ZEPLIN, вынужденных бороться с «шумом», создаваемым потоками нейтрино.
В поиске слияний маломассивных черных дыр будут задействоваться не только существующие детекторы гравитационных волн, такие как LIGO, VIRGO и KAGRA, но и перспективные Advanced LIGO, Cosmic Explorer и телескоп Эйнштейна. Учитывая фундаментальное значение поисков темной материи, которое является одним из главных «гвоздей» современной физики, всем им в ближайшее десятилетие будет чем заняться.
Индийские исследователи настроены весьма оптимистично: «детекторы, которые уже доказали свою полезность для прямого обнаружения черных дыр и гравитационных волн, предсказанных Эйнштейном, могут в конечном итоге стать мощным инструментом для проверки теорий темной материи».
