Cea mai misterioasă și totuși presupus omniprezentă substanță din cosmos, materia întunecată, este practic invizibilă pentru că nu interacționează cu lumina, dar o echipă de astronomi propune o metodă alternativă de a căuta această substanță prin intermediul undelor gravitaționale, conform unui studiu publicat marți (12 mai) în revista Physical Review Letters.

Noi cercetări sugerează că materia întunecată ar putea lăsa o amprentă mică, dar perceptibilă, în ondulațiile din spațiu-timp numite 'unde gravitaționale' care reverberează prin cosmos atunci când două găuri negre se ciocnesc și fuzionează. Totuși, acest lucru se întâmplă doar dacă găurile negre care se rotesc pot 'agita' materia întunecată.

Echipa din spatele acestei noi cercetări sugerează că, dacă două găuri negre se contopesc într-o regiune a spațiului populată de nori denși de materie întunecată, atunci undele gravitaționale care se propagă din eveniment ar putea purta amprenta materiei întunecate în tot Universul. Și este posibil, spun ei, ca detectoarele noastre să poată găsi această amprentă. Acest lucru ar fi similar cu cineva care tușește la un concert Metallica, iar acea tuse ar fi perceptibilă doar cu cele mai sensibile instrumente, peste zgomotul unor piese precum 'Seek and Destroy' sau 'Master of Puppets'.

Din fericire, când vine vorba de detectarea undelor gravitaționale provenite de la găurile negre care se ciocnesc, instrumentele de care dispun oamenii de știință, cum ar fi LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory), devin din ce în ce mai sensibile. Și, în pregătirea pentru o perioadă în care astfel de amprente ar putea fi înregistrate și mai ușor în datele undelor gravitaționale, această echipă a dezvoltat o metodă care prezice exact ce formă ar trebui să ia o undă gravitațională atunci când se deplasează prin materia întunecată, mai degrabă decât prin spațiul gol.

'Utilizarea găurilor negre pentru a căuta materia întunecată ar fi fantastică', a declarat Rodrigo Vicente, cercetător la GRAPPA (Gravitation Astroparticle Physics Amsterdam) și membrul al echipei care a realizat acest studiu. 'Am putea sonda materia întunecată la scări mult mai mici ca niciodată', a mai susținut el într-un comunicat.

Materia întunecată reprezintă un mister deoarece, în ciuda faptului că este invizibilă pentru noi, ea 'depășește' materia obișnuită cu un raport de aproximativ cinci la unu.

Lipsa sa de interacțiune cu lumina înseamnă că nu poate fi compusă din protoni, neutroni și electroni - particulele care compun atomii. Asta pentru că atomii compun toată 'materia obișnuită' (barionică) pe care o vedem în jurul nostru, de la stele și planete până la dispozitivul despre care citești acest articol și propriile noastre corpuri. Cu alte cuvinte, atomii interacționează cu lumina (mai tehnic, radiația electromagnetică). De fapt, singura modalitate prin care fizicienii bănuiesc că există materia întunecată este prin interacțiunea sa cu gravitația și modul în care această interacțiune curbează spațiu-timpul, influențând indirect materia obișnuită și lumina.

Cu aceste cunoștințe, oamenii de știință au căutat particule în afara Modelului Standard al fizicii particulelor care ar putea explica materia întunecată. Aceste particule au o gamă largă de mase și proprietăți potențiale, o particulă ipotetică fiind 'scalarul luminii' propus ca având o masă mult mai mică decât cea a unui electron. O caracteristică a scalarului luminii ar fi faptul că materia întunecată compusă din aceste particule s-ar comporta ca niște unde coordonate în jurul găurilor negre.

În jurul unei găuri negre care se rotește, energia de rotație ar fi transferată către materia întunecată scalară a luminii, amplificându-i densitatea, aproape ca o paletă care transformă frișca în unt. Dacă acest 'unt' de materie întunecată devine suficient de dens, ar putea afecta undele gravitaționale provenite de la fuziunea găurilor negre, lăsând o amprentă revelatoare.

După ce au stabilit cum ar arăta această semnătură, Vicente și colegii săi au analizat datele colectate de LIGO și de detectoarele sale de unde gravitaționale, KAGRA (Kamioka Gravitational Wave Detector) și Virgo, concentrându-se pe 28 dintre cele mai clare semnale provenite de la fuziunea găurilor negre. Dintre acestea, 27 păreau să fi provenit din fuziuni care au avut loc în vidul relativ al spațiului. Un semnal, însă, GW190728, recepționat pentru prima dată pe 19 iulie 2019 și care este rezultatul fuziunii unor găuri negre binare cu o masă combinată de 20 de ori mai mare decât cea a Soarelui, situate la aproximativ 8 miliarde de ani-lumină distanță, părea să poarte urma revelatoare a acestei fuziuni care a avut loc într-o regiune de materie întunecată densă, 'untoasă'.

Echipa din spatele acestei cercetări subliniază rapid că aceasta nu poate fi considerată o detectare sigură a materiei întunecate, dar spune că ne oferă un indiciu despre ce să căutăm și, prin urmare, unde să direcționăm investigațiile ulterioare.

'Știm că materia întunecată se află în jurul nostru. Trebuie doar să fie suficient de densă pentru a-i vedea efectele', a declarat liderul echipei, Josu Aurrekoetxea, de la Departamentul de Fizică al Institutului de Tehnologie din Massachusetts (MIT). 'Găurile negre oferă un mecanism pentru a spori această densitate, pe care îl putem căuta acum analizând undele gravitaționale emise atunci când acestea fuzionează'.AGERPRES/(AS - editor: Codruț Bălu, editor online: Ada Vîlceanu)