Исследователи из Института гравитационной физики Общества Макса Планка и Института физики высоких энергий Барселоны представили новый метод для поиска темной материи. В своей работе, опубликованной в Physical Review Letters, они сосредоточились на анализе систем с экстремальным отношением масс (EMRI), наблюдаемых в спиральных галактиках.
Ключевым элементом их исследования является изучение того, как сверхлегкая темная материя может взаимодействовать с гравитационными волнами, испускаемыми такими системами. EMRI — это уникальные космические структуры, включающие сверхмассивную черную дыру и значительно меньший астрономический объект, например, звезду или черную дыру.
Учёные предполагают, что темная материя может состоять из скалярных бозонов, которые создают вокруг себя особое скалярное поле. Это поле может влиять на гравитационные волны, вызывая фазовые сдвиги в их характеристиках.
Для анализа этого явления команда использовала математические методы общей теории относительности, чтобы учесть эффекты экстремальной гравитации, которые нельзя объяснить с точки зрения классической механики.
Они обнаружили, что меньшие черные дыры, вращающиеся вокруг сверхмассивных, создают "след" в темной материи, известный как динамическое трение, которое может существенно изменять характеристики гравитационных волн.
Исследование также показало различия между разными типами темной материи: "размытая" темная материя оказывает влияние на большие расстояния, в то время как эффекты бозонных облаков больше зависят от непосредственного окружения черной дыры.
Для подтверждения своих выводов учёные рассчитывают на будущие космические детекторы гравитационных волн, такие как LISA. Это открывает новые возможности для экспериментального исследования темной материи.