Θεωρητική μελέτη αναζητά: Τα βαρυτικά κύματα μπορεί να κρατούν το μυστικό της σκοτεινής ύλης;

Το περασμένο καλοκαίρι οι ανιχνευτές της συνεργασίας LIGO παρατήρησαν την υπογραφή του βαρυτικού κύματος από δυο μαύρες τρύπες, με μάζα 30 ηλιακές μάζες, που περιστρέφονταν η μια γύρω από την άλλη. Τέτοιες μαύρες τρύπες θα μπορούσαν να αφθονούν στο Σύμπαν, σε τέτοια αφθονία που θα μπορούσαν να είναι η αναζητούμενη σκοτεινή ύλη. Ο Simeon Bird και οι συνάδελφοί του από το Πανεπιστήμιο Johns Hopkins στο Maryland, ερεύνησαν αυτή την δυνατότητα εκτιμώντας το ρυθμό συγχώνευσης των μαύρων οπών, με μάζα 30 φορές την ηλιακή, να παίζουν το ρόλο της σκοτεινής ύλης. Τα αποτελέσματα είναι συνεπή με το ρυθμό που συνάγεται από τις παρατηρήσεις της συνεργασίας LIGO, αλλά χρειάζονται περισσότερα δεδομένα για να συνδεθούν πειστικά μαύρες τρύπες και σκοτεινή ύλη.

Η σκοτεινή ύλη συχνά θεωρείται ότι συνίσταται από μικροσκοπικά σωμάτια, αλλά ορισμένες «θεωρίες» του αρχικού σύμπαντος προβλέπουν το σχηματισμό μαύρων οπών που θα μπορούσε να χρησιμεύσουν ως συστατικά της σκοτεινής ύλης. Το μέγεθος αυτών των αρχέγονων μαύρων οπών (PBHs) είναι αυστηρά περιορισμένο από επισκοπήσεις βαρυτικής εστίασης που αποτυγχάνουν να παρατηρήσουν αυτά τα αντικείμενα σε πρώτο πλάνο, αλλά υπάρχει ένα παράθυρο για σκοτεινή ύλη PBHs σε ένα εύρος από 20 μέχρι 100 ηλιακές μάζες.

Ο Bird και οι συνάδελφοί του φαντάστηκαν ότι το Σύμπαν είναι γεμάτο από PBHs με μάζα 30 ηλιακές μάζες σε μια πυκνότητα σύμφωνη με τα μοντέλα της σκοτεινής ύλης. Κάνοντας υποθέσεις σχετικά με την συγκέντρωση και την ταχύτητα της σκοτεινής ύλης μέσα στους γαλαξίες, υπολόγισαν πόσο συχνά αυτές οι PBHs κινούνται αρκετά κοντά η μια στην άλλη για να συγχωνευτούν. Ο ρυθμός συγχώνευσης που προβλέπονταν συμφωνούσε με την εκτίμηση από τους ερευνητές του LIGO ότι συγχωνεύσεις μαύρων οπών με μάζα 30 ηλιακές μάζες θα συνέβαιναν 2 μέχρι 53 φορές το έτος σε ένα κυβικό γιγαπαρσέκ όγκο [egno: Το παρσέκ (parsec) είναι μονάδα μέτρησης αποστάσεων. Είναι η απόσταση στην οποία ένα άστρο παρουσιάζει ετήσια παράλλαξη ίση με ένα δεύτερο λεπτό της μοίρας. Ο όρος γεννιέται από τις λέξεις parallax και second και ως μέγεθος ισοδυναμεί με 3,26 έτη φωτός ή 3,09×10^13 (30,9 τρισεκατομμύρια) χιλιόμετρα. 1 γιγα- (giga-) = 10^9] – το ισοδύναμο περίπου ενός δισεκατομμυρίου γαλαξιών, όπως ο δικός μας. Ωστόσο, υπάρχουν ευρείες αβεβαιότητες στα μοντέλα σκοτεινής ύλης, έτσι θα χρειαστούν περισσότερες παρατηρήσεις συγχωνεύσεων για να βρεθούν ειδικά σήματα σκοτεινής ύλης, όπως ένα υψηλό μέρος γεγονότων σε μικρούς γαλαξίες.

Πηγή: American Physical Society

Περισσότερα στη δημοσίευση: Did LIGO Detect Dark Matter?, Phys. Rev. Lett. 116