Область астрономии была революционизирована благодаря первому в истории обнаружению гравитационных волн.
С момента первоначального обнаружения в феврале 2016 года учеными на лазерном интерферометре гравитационно-волновой обсерватории были обнаружены многочисленные события.
Они позволили понять феномен, предсказанный более ста лет назад Альбертом Эйнштейном.
Как оказалось, инфраструктура, используемая для обнаружения GWs, также может помочь раскрыть еще одну астрономическую тайну: темную материю!
Согласно новому исследованию, проведенному группой японских исследователей, лазерные интерферометры могут быть использованы для поиска слабовзаимодействующих массивных частиц (WIMPs), главной частицы-кандидата в охоте за темной материей.
Напомним, что WIMPS-это теоретическая элементарная частица, которая взаимодействует с нормальной материей только через слабое взаимодействие.
Как и в случае с другими элементарными частицами, входящими в Стандартную модель (к которой не относятся слабаки), они были бы созданы во время ранней Вселенной, когда космос был чрезвычайно горячим.
WIMPs-это по существу микроскопическая частица-кандидат, которая помещает их на противоположный конец спектра от другого крупного кандидата – макроскопических массивных компактных объектов гало.
До сих пор было проведено множество экспериментов, чтобы найти эти частицы – от столкновений частиц и косвенных обнаружений до более прямых методов, – но результаты были в значительной степени неубедительными.
Как сказал доктор Сатоши Цучида, постдокторский исследователь физики в Осакском Городском университете и ведущий автор исследования, Universe Today по электронной почте:
"Большинство мачо, как полагают, состоит из барионной материи, но барионы составляют только 5% Вселенной.
Таким образом, мы не можем объяснить структуру нынешней Вселенной, если вся темная материя состоит из мачо.
С другой стороны, слабаки-небарионная материя, и у нас нет оснований исключать [их] из темной материи... поэтому слабаки могут быть перспективными кандидатами на темную материю”.
В целях их изучения исследовательская группа (в неё входят сотрудники Института теоретической и экспериментальной физики Намбу Йойтиро Осакского университета и Университета Рицумейкан) предлагает новый метод поиска, который использует последние достижения в области обнаружения гравитационных волн.
Используя тот же метод для обнаружения ряби в пространстве-времени, они утверждают, что слабые также могут быть обнаружены впервые.
Это будет представлять собой подход "прямого обнаружения" с использованием лазерных интерферометров, метод, который был предложен в прошлом.
Однако этот метод еще не был опробован, отчасти потому, что ученые до сих пор не рассчитали, какие виды сигналов будут вызваны прямыми взаимодействиями между WIMPs и нуклонами в зеркале лазерного интерферометра.
Однако исследовательская группа утверждает, что движения маятника и зеркала в детекторе GW будут выходить из-за столкновения.
Исследовательская группа проанализировала эти движения и оценила, насколько они могут быть обнаружены системой очень сложных датчиков, таких как те, которые используются LIGO и другими детекторами GW.
Исходя из этого, группа смогла обеспечить основу, которая могла бы пригодиться для будущих исследований.
“Таким образом, наш метод может предоставить некоторые новые знания для исследования темной материи”, - сказал доктор Сатоши. "Детекторы следующего поколения GW имеют лучшую чувствительность, чем детекторы текущего поколения, поэтому отношение сигнал / шум будет улучшено на несколько порядков.”
“Если мы сможем создать метод для извлечения сигналов темной материи на детекторе GW, этот метод может сыграть важную роль для выяснения природы WIMPs с помощью независимого подхода”, - добавил он. "Таким образом, наше исследование может помочь в раскрытии структуры Вселенной не только в настоящее время, но и в прошлом и будущем.”
К ним относятся детектор гравитационных волн Камиока, крупномасштабный криогенный гравитационно-волновой телескоп в Японии, который в настоящее время модернизируется, и телескоп Эйнштейна, Европейский детектор третьего поколения, который все еще находится на стадии проектирования.
Когда они выйдут в интернет и присоединятся к LIGO и обсерватории Virgo, они позволят обеспечить беспрецедентную скорость обнаружения.
Это уже не первый случай, когда ученые предлагают другие приложения для исследований GW. Например, международная группа ученых недавно предложила использовать GWs для изучения карликовых галактик в надежде увидеть, как в них доминирует темная материя.
Еще одно предложение заключается в использовании GWs для измерения скорости расширения Вселенной-метод, который может рассказать нам очень многое природа и влияние темной энергии!
Таинственная астрономическая сила, подтвержденная недавно, которая могла бы привести к новому пониманию двух величайших космологических тайн! Что за время, чтобы быть живым!
