LIGO kunne have opdaget mørk materie ved ulykke

Når forskere, der arbejder ved Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO), opdagede gravitationsbølger tilbage i februar, markerede det slutningen af ​​et århundredes forløb med at søge noget, som fysikere vidste eksisterede, men kunne ikke ret pinke ned og identificere.

Måske snublede vi på en sjælden perle med den opdagelse og dræbte ved et uheld to 100-årige fugle med en sten. Et nyt papir skrevet af fysikere ved Johns Hopkins University og udgivet i Fysiske Review Letters undersøger om det svarte hulfusion, der producerede gravitationsbølger og blev observeret af LIGO, også indeholdt et signal, som bekræfter eksistensen af ​​mørkt stof.

Mørk stof, der først blev hypoteset i 1922, udgør 85 procent af alt stof i universet. Men i modsætning til almindeligt materiale har forskere aldrig været i stand til at observere det og måle det. Vi ved, at det eksisterer, fordi vi har set nogle mærkelige ting der sker i universet, som kun kunne være resultatet af en masse massiv ophobning af materie, der skaber en gravitationseffekt. Desværre forbliver det skjult - og forskere har brugt næsten et århundrede på udkig efter det til ingen nytte.

Tilbage i februar brugte forskere et par interferometre til at observere de ekstremt svage signaler - chirps - der skyldes tyngdebølger (i det væsentlige krusninger i rumtid produceret af høj-energi begivenheder). I dette tilfælde var der to sorte huller - hver ca. 30 gange mere massive end vores sol - kolliderende til hinanden 1,3 milliarder lysår fra Jorden. Denne kollision frigjorde 5,3 × 10 ^ 47 joules i energi.

JHU-forskerholdet begyndte at undre sig, om LIGO-signalet også indeholdt noget mere - noget relateret til mørkt materiale. Hele undersøgelsen fokuserer på noget, der hedder primordiale sorte huller (PBHs) - en hypotetisk første tonehøjde af Stephen Hawking i 1971, der tyder på, at det tidlige univers var sammensat af flere forskellige tætte regioner fyldt med de rå kosmiske materialer, der udgør stjernekroppe. Mens normale sorte huller er resultatet af sammenbrudte stjerner, var PBHs disse regioner kollapsede på sig selv. Således ville tidlige stjerner have dannet tæt på disse PBH'er, som er små nok til at stikke op ofte omkring den galaktiske halo - den del af en galakse, hvor mørkt stof antages at primært eksistere.

Selvom ideen om at PBH er virkelig derude, har taget et dykke i det sidste årti eller så, tror nogle fysikere, at de måske er mulige. JHU-holdet giver ikke nødvendigvis noget bekræftende bevis for, at LIGO-signalet illustrerer mørkt materiale; i stedet konkluderer de, at målingerne ikke udelukker forestillingen om en forventet sats for sammenlægning af PBH'er inden for en galaktisk halo.

"Det er skræmmende at skelne mellem, om en individuel gravitationsbølge begivenhed eller endog en eventuel begivenhed er fra PBH mørk materie eller mere traditionelle astrofysiske kilder. Alligevel er der nogle udsigter. PBH-fusioner vil tilsyneladende blive fordelt mere som småskala mørke stof haloer og er derfor mindre tilbøjelige til at findes i eller nær lysende galakser end sort hul fusioner fra mere traditionelle astrofysiske kilder."

Med andre ord kan vi endnu ikke konkludere, at LIGO-signalet var ikke forårsaget af en PBH forbundet med mørkt stof. JHU-holdet foreslår at fokusere studier på astrofysiske masser inden for galaktiske haloer, der ikke helt sikkert kan forbindes med kendte kilder.

Én ting er sikkert: søgen efter mørk materie er lige kommet i vejen.