Νέα μέθοδος ανίχνευσης ίσως την εντοπίσει στα βαρυτικά κύματα

Μια ομάδα ερευνητών πρότεινε έναν νέο τρόπο αναζήτησης της σκοτεινής ύλης: στις διαταραχές του ίδιου του χωροχρόνου. Η ομάδα εξέτασε τα δεδομένα από την τρίτη διαδρομή παρατήρησης του Laser Interferometer Gravitational Observatory, ή LIGO, και δημοσίευσε τα ευρήματά της νωρίτερα αυτό το μήνα στο Physical Review Letters.

Η σκοτεινή ύλη είναι ένας γενικός όρος για την ύλη της οποίας η παρουσία συνάγεται από τις βαρυτικές αλληλεπιδράσεις της με τη συνηθισμένη ύλη, αλλά κατά τα άλλα είναι αόρατη. Η σκοτεινή ύλη αντιπροσωπεύει περίπου το 27% του περιεχομένου μάζας-ενέργειας του Σύμπαντος, και ενώ αντιπροσωπεύει ένα τεράστιο ποσό των πάντων, έχει αποδειχθεί ενοχλητικά δύσκολο να παρατηρηθεί άμεσα. Οι επιστήμονες δεν το έχουν κάνει άμεσα μέχρι σήμερα, αλλά έχουν περιοριστεί στο να παρακολουθούν τις βαρυτικές της επιδράσεις σε άλλα αντικείμενα.

«Ορισμένες θεωρίες υποδηλώνουν ότι η σκοτεινή ύλη συμπεριφέρεται περισσότερο σαν κύμα παρά σαν σωματίδιο», δήλωσε στο Phys.org ο Alexandre Göttel, Φυσικός στο Πανεπιστήμιο του Κάρντιφ και επικεφαλής συγγραφέας της μελέτης. «Αυτά τα κύματα θα προκαλούσαν μικροσκοπικές ταλαντώσεις στην κανονική ύλη, οι οποίες μπορούν να καταγραφούν από ανιχνευτές βαρυτικών κυμάτων».

Οι ανιχνευτές βαρυτικών κυμάτων όπως το LIGO χρησιμοποιούν τη συμβολομετρία για να ανιχνεύσουν τους κυματισμούς του χωροχρόνου που προκαλούνται από την κίνηση και τις αλληλεπιδράσεις μαζικών αντικειμένων όπως οι μαύρες τρύπες και οι αστέρες νετρονίων. Το LIGO ουσιαστικά μετρά την απόσταση που διανύουν τα υπόγεια laser: όταν τα βαρυτικά κύματα συρρικνώνουν ή επιμηκύνουν τον χωροχρόνο, οι επιστήμονες μπορούν να δουν στα δεδομένα ότι τα laser διένυσαν μια πολύ ελαφρώς μεγαλύτερη ή μικρότερη απόσταση από ό,τι πριν, υποδεικνύοντας ότι ένα βαρυτικό κύμα πέρασε.

Η πρόσφατη ομάδα εξέτασε τα υπερελαφρά μποζόνια, τα οποία είναι μία από τις υποθετικές μορφές της σκοτεινής ύλης (άλλες μορφές περιλαμβάνουν τα αξιόνια και τα σκοτεινά φωτόνια). Ένα μοναδικό χαρακτηριστικό της σκοτεινής ύλης που ερευνούσε η ομάδα είναι η ασθενής αλληλεπίδρασή της τόσο με την ύλη όσο και με το φως, παρόμοια με τα Weakly Interacting Massive Particles, ή WIMPs, και θα μπορούσε να διαμορφώσει σχηματισμούς που μοιάζουν με σύννεφα, γεγονός που θα καθιστούσε δυνατή την εμφάνιση της στα δεδομένα των ανιχνευτών βαρυτικών κυμάτων.

«Σε ατομικό επίπεδο, μπορείτε να φανταστείτε το πεδίο της σκοτεινής ύλης να κυμαίνεται παράλληλα με το ηλεκτρομαγνητικό πεδίο», δήλωσε ο Göttel. «Οι ταλαντώσεις του πεδίου της σκοτεινής ύλης τροποποιούν αποτελεσματικά τις θεμελιώδεις σταθερές, δηλαδή τη σταθερά λεπτής δομής και τη μάζα των ηλεκτρονίων, οι οποίες διέπουν τις ηλεκτρομαγνητικές αλληλεπιδράσεις».

Παρόλο που η ομάδα δεν ανίχνευσε άμεσα σκοτεινή ύλη, έθεσε νέα όρια για την ισχύ της αλληλεπίδρασης που θα είχε αυτή η ύλη με τα στοιχεία του LIGO. Η νέα μέτρηση της ομάδας βελτίωσε εκείνη της προηγούμενης εργασίας κατά 10.000 φορές στη συγκεκριμένη περιοχή συχνοτήτων που εξέταζαν.

[via]