PRL: Изучено влияние сверхлегкой темной материи на сигналы гравитационных волн

В журнале Physical Review Letters опубликовали исследование о влиянии сверхлёгкой тёмной материи в EMRI, — аббревиатура означает экстремальное отношение масс.

Подобные объекты смогут обнаружить будущие космические детекторы гравитационных волн, такие как LISA.

Учёные исследуют разные подходы к обнаружению тёмной материи, так как существует много её предполагаемых форм.

Цель исследования — понять, как взаимодействует сверхлёгкая тёмная материя с системами, состоящими из сверхмассивной чёрной дыры (SMBH) и меньшего астрономического тела (звезды или другой чёрной дыры).

Вращение меньшего объекта по спирали может генерировать гравитационные волны, которые помогут изучить поведение сверхлёгкой тёмной материи в этих системах.

Доктор Франциско Дуке, постдокторант Института гравитационной физики Макса Планка и первый автор работы, рассказал о причинах, побудивших команду провести исследование. По его словам, одна из главных нерешенных проблем современной физики — понимание фундаментальной природы темной материи.

Мы знаем, что она существует, но не имеем представления, что это такое помимо того, что темная материя слабо взаимодействует с другими частицами в стандартной модели.

Сверхлегкая темная материя

Сверхлёгкая тёмная материя состоит из частиц, которые не имеют собственного вращения и равномерно распределены в пространстве.

Частицы этого типа тёмной материи могут быть легче электрона в 1028 раз. Они демонстрируют волнообразное поведение на больших масштабах из-за своей малой массы. На малых масштабах они могут влиять на галактические структуры.

Бозонные облака образуются вокруг вращающихся чёрных дыр. Они используют энергию чёрной дыры и увеличиваются в размерах, рассеивая её, а не позволяя поглощать. Это явление называется сверхизлучением.

Если одна из форм сверхлёгкой тёмной материи существует в EMRI, она может влиять на гравитационные волны, исходящие от этих систем.

Релятивистский подход

Предыдущие исследования влияния окружающей среды на EMRI основывались на приближении Ньютона. Но в условиях экстремальных гравитаций или высоких скоростей, близких к скорости света, необходимо учитывать релятивистские эффекты.

Поэтому исследовательская группа использовала полностью релятивистскую систему для изучения среды вокруг EMRI. Они хотели исследовать энергию, теряемую в EMRI из-за гравитационных волн и истощения скалярного поля при взаимодействии с бинарной системой.

Доктор Родриго Висенте, исследователь из Института физики высоких энергий в Барселоне и соавтор исследования, объяснил свои выводы:

Вращаясь вокруг сверхмассивной чёрной дыры, небольшие чёрные дыры проходят сквозь тёмную материю и создают плотный шлейф, похожий на след от пловца в бассейне. Этот след замедляет чёрную дыру и изменяет сигналы гравитационных волн.

Плотность облаков сверхлёгкой тёмной материи вокруг SMBH может превышать плотность золота в 20 раз. Это говорит о значительном влиянии сверхлёгкой тёмной материи на эволюцию EMRI и других подобных систем.

LISA и будущие обнаружения

Будущие детекторы, такие как LISA, смогут обнаружить сдвиг в сигналах гравитационных волн, вызванный сверхлегкой темной материей.

LISA запустят в 2035 году. Он будет чувствителен к миллигерцовым частотам и сможет наблюдать EMRI с высокой точностью. LISA сможет отслеживать эти системы в течение долгого времени, что позволит ему наблюдать сдвиг фаз, вызванный динамическим трением.

Однако если подобные эффекты не будут замечены, данные LISA можно будет использовать для наложения жестких ограничений на существование сверхлегких полей в широком диапазоне масс.

За пределами темной материи

Исследователи изучили, как ведут себя нечеткая темная материя и бозонные облака. Они выяснили, что при большом расстоянии между объектом и сверхмассивной черной дырой (SMBH) потери энергии из-за истощения скалярного поля нечеткой темной материи могут быть больше потерь от излучения гравитационных волн.

Также ученые обнаружили резонансное поведение гравитационных волн — релятивистский эффект, которого нет в ньютоновских моделях.

Исследователи обнаружили, что рассеяние энергии через скалярное истощение чувствительно к свойствам окружающей среды для бозонных облаков.

Более точная модель того, как различные типы материи влияют на гравитационные волны, может значительно продвинуть наше понимание гравитации и открыть путь для изучения тёмной материи.

В будущей работе исследователи планируют расширить свою схему для учёта эксцентричных орбит, которые часто встречаются в EMRI.

Они хотят адаптировать свою схему к дискам активных галактических ядер (AGN), которые содержат много тёмной материи. А это исследование поможет лучше понять роль тёмной материи во Вселенной.

Иллюстрация: нейросеть

21.10.2024


Подписаться в Telegram



Космос

Марсианские дюны под микроскопом: что скрывает Красная планета
Марсианские дюны под микроскопом: что скрывает Красная планета

Песчаные дюны на Марсе могут раскрыть тай...

Ученые открыли важный компонент звездообразования
Ученые открыли важный компонент звездообразования

Астрономы давно ищут ключевой фактор, который ...

Пять крупных инноваторов присоединяются к US Quantum in Space Collaboration
Пять крупных инноваторов присоединяются к US Quantum in Space Collaboration

Управление по технологическим переходам М...

Руководитель Biomass Майкл Ферингер, ESA: Мы передадим спутник людям
Руководитель Biomass Майкл Ферингер, ESA: Мы передадим спутник людям

Европейское космическое агентство, ESA, планир...

Астрономы в реальном времени увидели формирование джетов черных дыр
Астрономы в реальном времени увидели формирование джетов черных дыр

Впервые международная группа ученых наблюдала ...

Открытие аксиона поможет понять загадочные свойства темной материи
Открытие аксиона поможет понять загадочные свойства темной материи

Темная материя, которую часто называют невидим...

Борьба со складками: инновационный метод для космических мембран
Борьба со складками: инновационный метод для космических мембран

Выход за пределы земной гравитации требуе...

Новая миссия NASA Artemis LEXI покажет, как работает магнитный щит Земли
Новая миссия NASA Artemis LEXI покажет, как работает магнитный щит Земли

Новая революционная миссия в рамках прогр...

Найдены древние водоносные горизонты под поверхностью Марса
Найдены древние водоносные горизонты под поверхностью Марса

Марс, загадочная Красная планета, давно поража...

Как физика нейтрино раскрывает секреты Вселенной
Как физика нейтрино раскрывает секреты Вселенной

Нейтринная физика стала одной из самых пе...

A&A: Event Horizon Telescope продолжает раскрывать тайны черных дыр
A&A: Event Horizon Telescope продолжает раскрывать тайны черных дыр

Получив первые изображения черных дыр, новатор...

PNAS: Ученый посоветовал забыть о жидкой воде на Марсе
PNAS: Ученый посоветовал забыть о жидкой воде на Марсе

Более ста лет назад ученый Персиваль...

Nature Geoscience: Не все жидкости на Марсе были водой
Nature Geoscience: Не все жидкости на Марсе были водой

Раньше ученые думали, что поверхность Мар...

Nature: Астрономы MIT нашли самые маленькие астероиды
Nature: Астрономы MIT нашли самые маленькие астероиды

Астероид, уничтоживший динозавров, был, по&nbs...

Поиск на сайте

Знатоки клуба инноваций


ТОП - Новости мира, инновации

Воздух, который делает нас глупее: что наука знает о влиянии загрязнения на мозг
Воздух, который делает нас глупее: что наука знает о влиянии загрязнения на мозг
Нейросети будущего: поляритоны в СПбГУ бьют рекорды точности
Нейросети будущего: поляритоны в СПбГУ бьют рекорды точности
Океан Энцелада: жизнь может быть ближе, чем мы думаем, но скрыта от нас
Океан Энцелада: жизнь может быть ближе, чем мы думаем, но скрыта от нас
Гены в режиме ожидания: как клетки решают, кем стать
Гены в режиме ожидания: как клетки решают, кем стать
Жизнь в капле: ученые раскрыли секрет древних протоклеток
Жизнь в капле: ученые раскрыли секрет древних протоклеток
Эволюция в действии: почему одни мушки побеждают вирусы, а другие нет
Эволюция в действии: почему одни мушки побеждают вирусы, а другие нет
Микробы в космосе: как L-серин поможет найти жизнь на Марсе
Микробы в космосе: как L-серин поможет найти жизнь на Марсе
Новый ключ к лечению аритмии: сделано открытие, которое изменит кардиологию
Новый ключ к лечению аритмии: сделано открытие, которое изменит кардиологию
Световая атака: как зеленый свет помогает бороться с коронавирусом и энцефалитом
Световая атака: как зеленый свет помогает бороться с коронавирусом и энцефалитом
23 мышцы, которые меняют все: создана новая модель для лечения боли
23 мышцы, которые меняют все: создана новая модель для лечения боли
Молодые умы и большие деньги: Татарстан выделяет 250 млн рублей на инновации
Молодые умы и большие деньги: Татарстан выделяет 250 млн рублей на инновации
ИИ, которому можно доверять: ACHILLES объединяет технологии, этику и экологию
ИИ, которому можно доверять: ACHILLES объединяет технологии, этику и экологию
700 000 участниц, 11 миллионов фунтов и шанс победить рак
700 000 участниц, 11 миллионов фунтов и шанс победить рак
Блины с пользой: ученые превратили вредный завтрак в суперфуд
Блины с пользой: ученые превратили вредный завтрак в суперфуд
Квантовый щит: физика меняет правила игры в цифровой безопасности
Квантовый щит: физика меняет правила игры в цифровой безопасности

Новости компаний, релизы

На Фестивале «Москва — Точка старта» победили проекты из МИФИ
ХимБиоПлюс — шанс для школьников всей России
Правительство Республики Казахстан пригласило МИФИ войти в совет по стратегическому партнерству в науке и образовании
Нижегородский ЗГМ провел испытания разработанных по нацпроекту радиопоглощающих материалов
МФТИ подготовил более 140 специалистов в области синхротронных и нейтронных исследований