Az univerzum egyik legnagyobb rejtélye továbbra is a sötét anyag. A tudósok szerint ez az ismeretlen anyagforma alkotja a kozmosz anyagának több mint 85 százalékát, mégis gyakorlatilag észrevehetetlen, mivel nem bocsát ki fényt, nem nyeli el azt, és az elektromágneses kölcsönhatásokban sem vesz részt.
Létezésére csupán gravitációs hatásaiból lehet következtetni. Most azonban egy nemzetközi kutatócsoport új módszert dolgozott ki, amely közelebb vihet a sötét anyag közvetett kimutatásához.
Fekete lyukak és a sötét anyag kapcsolata
A Massachusetts Institute of Technology (MIT) és több európai intézmény kutatói azt vizsgálták, hogyan befolyásolhatja a sötét anyag a fekete lyukak összeolvadásakor keletkező gravitációs hullámokat.
Ezeket a téridőben terjedő hullámokat először 2015-ben sikerült közvetlenül megfigyelni, és ma már a LIGO, Virgo és KAGRA obszervatóriumok rendszeresen észlelnek ilyen eseményeket.
Az új elmélet szerint bizonyos típusú, rendkívül könnyű sötétanyag-részecskék hullámszerűen viselkedhetnek egy gyorsan forgó fekete lyuk közelében. A jelenséget szuperradianciának nevezik: ilyenkor annak forgási energiája felerősítheti a sötét anyag hullámait, rendkívül sűrű felhőt létrehozva az objektum körül.
A kutatók szerint ez a folyamat olyan, mintha egy szétterített anyagot fokozatosan koncentrálnának egyetlen sűrű struktúrává. Az így kialakuló sötétanyag-felhő akár jelentősen módosíthatja a fekete lyukak környezetét és dinamikáját is.
Ha egy második fekete lyuk ebbe a sűrű sötétanyag-felhőbe spirálozik bele, majd összeolvad társával, az esemény során kibocsátott gravitációs hullámok mintázata eltérhet attól, amit üres térben várnának a fizikusok.
Egy különös jel is volt a megfigyelések között
A kutatócsoport részletes számítógépes szimulációkat készített arról, hogyan nézne ki egy ilyen „szennyezett” gravitációshullám-jel. Ezt követően a LIGO–Virgo–KAGRA hálózat első három megfigyelési ciklusának nyilvános adatait elemezték.
A 28 legtisztább gravitációshullám-jel közül 27 tökéletesen megfelelt annak a modellnek, amely szerint a fekete lyukak vákuumban egyesültek. Egy esemény azonban kilógott a sorból: a GW190728 jelzésű jel bizonyos tulajdonságai összhangban voltak a sötét anyag jelenlétével.
A kutatók hangsúlyozzák, hogy ez még nem bizonyíték a sötét anyag felfedezésére. A statisztikai jelentőség egyelőre nem elegendő ahhoz, hogy egyértelmű kijelentéseket tegyenek. Ugyanakkor a módszer először mutatta meg, hogy gravitációs hullámok segítségével valóban lehet keresni a sötét anyag nyomait.
Ez is érdekelhet: Nyomokat találtak arra, hogy a Tejútrendszer felzabálhatott egy rég eltűnt galaxist
Új korszak kezdődhet a kozmikus kutatásokban
A következő években a gravitációshullám-detektorok minden eddiginél több adatot gyűjtenek majd. Minden új fekete lyuk-összeolvadás egy újabb lehetőség arra, hogy a kutatók megvizsgálják: vajon rejtőzik-e sötét anyag az esemény hátterében.
A szakértők szerint a technológia fejlődése különösen fontos lehet, mert a jelenlegi módszerekkel a sötét anyagot továbbra sem sikerült közvetlenül kimutatni laboratóriumi körülmények között. Emiatt a gravitációs hullámok elemzése új és ígéretes kutatási irányt nyithat az asztrofizikában.
Ha a módszer beválik, a fekete lyukak nemcsak az univerzum legextrémebb objektumaiként lesznek számon tartva, hanem akként is, hogy ezek adták a segítséget a modern fizika egyik legnagyobb rejtélyének megfejtéséhez.
Olvass tovább: Rejtélyes, halott galaxist találtak csillagászok, amely egyáltalán nem forog
