O tym, że we wszechświecie istnieje ciemna materia wiemy tylko i wyłącznie po tym, że oddziałuje ona grawitacyjnie na materię widzialną. Nie zmienia to faktu, że w żaden sposób nie emituje ona, ani nie odbija światła, przez co nie jesteśmy w stanie w żaden sposób jej uchwycić i zbadać. Mimo dekad badań, naukowcy wciąż nie wiedzą z czego tak naprawdę składa się ta materia, jak wyglądają jej cząsteczki, a nawet nie wiemy, czy istnieje jeden rodzaj cząstek ciemnej materii, czy też paleta cząstek jest równie bogata, co w przypadku materii zwyczajnej.
W najnowszym artykule naukowym, fizycy z niemieckiego centrum akceleratorów synchrotronowych DESY wskazują na potencjalnie nowy sposób odkrywania ciemnej materii, a być może także poznania jej prawdziwej tożsamości. Wszystko bowiem wskazuje na to, że do badania ciemnej materii będzie można wykorzystać detektory fal grawitacyjnych.
Choć jak dotąd nie udało się ustalić, z jakich cząstek składa się ciemna materia, naukowcy tworzą liczne hipotezy. W artykule opublikowanym pod koniec 2023 roku niemieccy fizycy teoretyczni przekonują, że zgodnie z wieloma teoriami cząstki takie mogą być niezwykle lekkie.
Czytaj także: Z czego składa się ciemna materia? Odległa galaktyka daje nam wskazówkę
Wychodząc z takiego założenia, naukowcy doszli do wniosku, że owe cząstki zachowują się podobnie do klasycznych fal elektromagnetycznych. To z kolei sprawia, że ciemna materia może charakteryzować się zaskakującym zachowaniem. Badacze wskazują, że ciemna materia może falować, niczym powierzchnia oceanu. Zważając na to, że ciemna materia tworzy swoiste halo skupione w centrach większości galaktyk, możliwe że owe falowanie przestrzeni rozciąga się na odległości mierzone w całych latach świetlnych. Co to oznacza? Jeżeli ciemna materia jest naprawdę ultralekka i zachowuje się w sposób falowy, teoretycznie jej ruch można by było wykryć za pomocą detektorów fal grawitacyjnych.
Kiedy fala grawitacyjna przechodzi przez wycinek przestrzeni kosmicznej, delikatnie ją odkształca. W efekcie odległość między zwierciadłami detektora fal grawitacyjnych nieznacznie się skraca/wydłuża. Wiązka laserowa odbijana między tymi lustrami w momencie przejścia fali grawitacyjnej potrzebuje krótszego/dłuższego czasu na pokonanie tejże odległości, co naukowcy są w stanie zarejestrować za pomocą detektorów.
Autorzy najnowszego opracowania wskazują, że odległość między zwierciadłami detektora może się zmienić nie tylko pod wpływem przechodzących fal grawitacyjnych, ale także przez falowanie ciemnej materii, której zagęszczenia mogą grawitacyjnie przyciągnąć do siebie zwierciadła detektora.
Czytaj także: Ciemna materia we Wszechświecie jest zaskakująco gładka. Naukowcy opracowali jej kosmiczną mapę
W ramach eksperymentu naukowcy postanowili obliczyć, czy istniejące obecnie detektory fal grawitacyjnych byłyby w stanie zarejestrować takie odkształcenia czasoprzestrzeni spowodowane przez cząstki ciemnej materii o różnej masie. Przeanalizowano sytuacje, w których owe cząstki miałyby masę od 16 do 28 rzędów mniejszą od masy elektronu.
Badaczom udało się wykazać, że obecne detektory, takie jak LIGO nie byłyby w stanie wykryć wpływu takiej ciemnej materii na przestrzeń kosmiczną. Na szczęście jednak, Europejska Agencja Kosmiczna zaledwie kilka dni temu dała zielone światło na stworzenie kosmicznego obserwatorium fal grawitacyjnych LISA. W ramach tej misji w przestrzeni kosmicznej zostaną umieszczone trzy satelity, które razem utworzą trójkąt równoboczny o boku 2,5 miliona kilometrów. Obserwatorium to będzie nieporównanie precyzyjniejsze od detektorów LIGO i wszystko wskazuje na to, że będzie w stanie odkryć wpływ falującej ciemnej materii na przestrzeń kosmiczną. Musimy zatem poczekać do połowy lat trzydziestych, aby móc przetestować opisaną wyżej teorię ultralekkiej, falującej ciemnej materii. Jest na co czekać.