Согласно астрономическим наблюдениям, район вблизи центра Млечного Пути, нашей Галактики, является очень активным и густонаселенным местом. В частности, космические телескопы, такие как Fermi-LAT , измерили избыток энергии в виде высокоэнергетического электромагнитного излучения, исходящего из этой конкретной области неба. Этот избыток предполагает, что в области, окружающей центр Галактики, может находиться большое количество нейтронных звезд , наряду с хорошо известной сверхмассивной черной дыры Стрелец A. Как это обычно бывает в науке, существуют и другие гипотезы о причине такого электромагнитного избытка. Действительно, другое возможное объяснение — наличие темной материи сталкиваясь с самим собой, чтобы произвести переизбыток радиации.
Другой способ изучения состава этого экстремального региона — гравитационные волны. В частности, мы знаем, что вращающиеся нейтронные звезды с некоторой асимметрией масс относительно своей оси вращения излучают особый вид гравитационных волн, характеризующийся своей долгоживущей природой. Ожидается, что эти сигналы, которые до сих пор не обнаружены, будут как минимум в 100 раз слабее, чем события гравитационных волн обнаруженных до сих пор. Учитывая их долгоживущий характер, мы можем накапливать мощность сигнала за весь анализируемый период наблюдений, что позволяет нам выделять эти слабые сигналы из шума. Кроме того, ожидается, что частота гравитационных волн непрерывных источников не будет слишком сильно меняться со временем, в отличие от быстрого увеличения частоты, наблюдаемого на последних стадиях слияния двух компактных объектов, как и все обнаруженные до сих пор явления гравитационных волн.
Ожидается, что аналогичный квазимонохроматический сигнал будет излучаться вращающейся черной дырой, окруженной облаком сверхлегких бозонов , которые являются гипотетическими кандидатами в темную материю. Это облако может формироваться вокруг вращающейся черной дыры благодаря физическому эффекту, называемому сверхизлучением . Как только бозонное облако сформируется, оно начнет рассеиваться, излучая гравитационные волны с частотой, пропорциональной массе бозонов, образующих облако. Это испарение происходит довольно медленно, поэтому сигналы гравитационных волн могут длиться в некоторых случаях более 100 000 лет, прежде чем облако полностью рассеется.
Используя данные последних наблюдений интерферометров LIGO и Virgo, мы ищем эти непрерывные сигналы, исходящие из внутренних парсеков галактического центра. Учитывая, что нам неизвестны частоты, излучаемые ни нейтронными звездами, ни системами облаков черных дыр/бозонов, мы исследуем широкий диапазон частот. В частности, мы рассматриваем частоты от 10 до 2000 Гц в наиболее чувствительном диапазоне детекторов. Кроме того, мы также рассматриваем возможность того, что эта частота может меняться в течение длительного времени. Для нейтронных звезд частота обычно уменьшается ( вращение вниз ) из-за потери энергии электромагнитными или гравитационными волнами, хотя небольшое увеличение (т. е. вращение вверх) также возможен, как и в случае вращающейся нейтронной звезды, аккрецирующей вещество от компаньона. Вместо этого для систем облаков черных дыр/бозонов мы ожидаем лишь небольшого увеличения частоты вследствие аннигиляции облаков. Мы также считаем, что небольшой случайный блуждание частоты в нашей модели сигнала более устойчив к возможным отклонениям от теории, описывающей сценарий испускания гравитационных волн бозонным облаком. Облачные системы черных дыр/бозонов, состоящие из бозонов с массами от ~10 -14 до 10 -12 эВ /c 2 (что соответствует ~10 -48 до 10 -46 кг), излучают гравитационные волны в этом частотном диапазоне.
Во время этого поиска мы не обнаружили какого-либо значительного сигнала, а это означает, что мы можем исключить присутствие нейтронных звезд, излучающих гравитационные волны с амплитудами выше определенного значения в направлении центра Галактики. Эти ограничения означают, что мы смогли ограничить неосесимметричную эллиптичность вращающихся нейтронных звезд в галактическом центре на уровне 10 -6 – 10 -7 на самой высокой частоте. Следовательно, мы начинаем исследовать теоретические верхние границы максимально возможной эллиптичности, ожидаемой для нейтронных звезд, состоящих из обычного вещества. Мы также можем использовать эти пределы для исследования альтернативного сценария излучения вращающейся нейтронной звезды, в данном случае не из-за статической деформации, а скорее из-за определенного типа колебаний, происходящих в звезде, называемых r-модами . Здесь мы можем исключить стандартную теоретическую максимальную амплитуду насыщения r-моды ~10 -4 для спиновых частот выше ~450 Гц.
Поскольку мы не нашли доказательств существования гравитационных волн, мы также можем исключить различные комбинации массы бозона/массы черной дыры, предполагая заданный спин черной дыры и возраст бозонного облака. Мы можем исключить сигналы от систем с массой черной дыры в 15–100 раз больше массы Солнца и массой бозона в диапазоне от 10–13 до 10–12 эВ/с 2
