LIGO kunde ha upptäckt mörk materia vid olycka

När forskare som arbetar vid Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) upptäckte gravitationsvågor tillbaka i februari markerade det slutet på en sekels lång sökning efter någonting fysiker visste existerade, men kunde inte helt nere och identifiera.

Kanske snubblade vi på en sällsynt pärla med den upptäckten och avlivade oavsiktligt två 100-åriga fåglar med en sten. Ett nytt papper skrivet av fysiker på Johns Hopkins University och publicerat i Fysiska granskningsbrev undersöker om black hole-fusionen som skapade gravitationella vågor och observerades av LIGO innehöll också en signal som bekräftar förekomsten av mörk materia.

Mörk materia, som först antogs 1922, utgör 85 procent av all materia i universum. Men till skillnad från det vanliga ämnet har forskare aldrig kunnat observera det och mäta det. Vi vet att det existerar, för vi har sett några konstiga saker som händer i universum som bara kan vara resultatet av en massa massiva ackumulering av materia som skapar en gravitationseffekt. Tyvärr är det fortfarande gömt - och forskare har tillbringat praktiskt taget ett sekel som letar efter det till nytta.

Tillbaka i februari använde forskare ett par interferometrar för att observera de extremt svaga signalerna - chirps - som härrör från gravitationella vågor (i huvudsak krusningar i rymdtid som produceras av hög energi händelser). I det här fallet var det två svarta hål - varav cirka 30 gånger mer massiva än vår sol - kolliderar till varandra 1,3 miljarder ljusår från jorden. Den kollisionen släppte 5,3 × 10 ^ 47 joules i energi.

JHU-forskargruppen började undra om LIGO-signalen också innehöll något mer - något som hände till mörk materia. Hela undersökningen fokuserar på något som kallas Ursprungliga Svarta Hål (PBH) - en hypotetisk förstning av Stephen Hawking 1971 som föreslår att det tidiga universum var sammansatt av flera olika täta regioner fyllda med de råa kosmiska materialen som utgör stjärnkroppar. Medan normala svarta hål är resultatet av kollapsade stjärnor, var PBHs dessa regioner kollapsade på sig själva. Således skulle tidiga stjärnor ha bildat sig nära dessa PBH, som är små nog att fördjupa sig ofta runt den galaktiska haloen - den del av en galax där mörk materia tros att de främst existerar.

Trots att idén om att PBHs verkligen finns ute har tagit ett dyk under det senaste decenniet eller så, tror vissa fysiker att de kanske är möjliga. JHU-teamet erbjuder inte nödvändigtvis något bekräftande bevis på att LIGO-signalen visar mörk materia; I stället drar de slutsatsen att mätningarna inte utesluter begreppet en förväntad hastighet för sammanslagning av PBH inom en galaktisk halo.

"Att skilja om någon enskild gravitationskväll händelse, eller till och med någon händelsehändelse, kommer från PBH mörk materia eller mer traditionella astrofysiska källor kommer att vara skrämmande. Fortfarande finns det några utsikter. Mest uppenbarligen kommer PBH-sammanslagningar att distribueras mer som småskaliga mörka materia halor och är sålunda mindre sannolika att de finns i eller nära lysande galaxer än svarthål sammanslagningar från mer traditionella astrofysiska källor."

Med andra ord kan vi ännu inte dra slutsatsen att LIGO-signalen var inte orsakad av en PBH associerad med mörk materia. JHU-teamet föreslår att man fokuserar studier på astrofysiska massor inom galaktiska halor som inte kan slutgiltigt kopplas till kända källor.

En sak är säkert: sökandet efter mörk materia har bara blivit väder.