Η σκοτεινή ύλη είναι μια αόρατη, υποθετική μορφή ύλης που, σε αντίθεση με την ύλη που γνωρίζουμε, δεν αλληλεπιδρά με την ηλεκτρομαγνητική δύναμη. Μπορεί να διαπεράσει το φως, τα μαγνητικά πεδία και οποιαδήποτε άλλη μορφή ενέργειας κατά μήκος του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος χωρίς να αφήσει ίχνη.
Η μόνη απόδειξη ότι η σκοτεινή ύλη υπάρχει είναι μέσω της φαινομενικής της αλληλεπίδρασης με μια άλλη δύναμη: τη βαρύτητα.
Παρατηρώντας πώς κάμπτεται η βαρύτητα γύρω από μακρινούς γαλαξίες, οι αστρονόμοι έχουν υποθέσει ότι πρέπει να υπάρχει μια επιπλέον δύναμη, εκτός της βαρυτικής έλξης των γαλαξιών, για να εξηγήσει τα πεδία κάμψης ή τον σχηματισμό φακών.
Αυτή η επιπλέον δύναμη, υποψιάζονται οι φυσικοί, είναι η σκοτεινή ύλη, η οποία θα μπορούσε να αντιπροσωπεύει πάνω από το 85% της ύλης στο Σύμπαν.
Αλλά το τι ακριβώς είναι η σκοτεινή ύλη είναι θέμα τεράστιας συζήτησης, με θεωρίες για τα σωματίδια της σκοτεινής ύλης να ποικίλλουν σε μεγάλο βαθμό, όσον αφορά στο μέγεθος και τις ιδιότητές τους.
Μια θεωρία προτείνει ότι η σκοτεινή ύλη αποτελείται από φωτεινά σωματίδια, των οποίων οι μάζες είναι πολλές τάξεις μεγέθους ελαφρύτερες από ένα ηλεκτρόνιο. Φυσικοί προβλέπουν ότι μια τέτοια σκοτεινή ύλη θα πρέπει να συμπεριφέρεται όχι μόνο ως σωματίδια, αλλά και ως συντονισμένα κύματα όταν κινείται κοντά σε μαύρες τρύπες.
Όταν κύματα σκοτεινής ύλης έρχονται σε επαφή με μια ταχέως περιστρεφόμενη μαύρη τρύπα, είναι δυνατό η περιστροφική ενέργεια της μαύρης τρύπας να μπορεί να μεταφερθεί στη σκοτεινή ύλη, ενισχύοντάς την.
Αυτό το φαινόμενο, γνωστό ως υπερακτινοβολία, θα ανέβαζε τα κύματα σε εξαιρετικά υψηλές πυκνότητες σκοτεινής ύλης, παρόμοια με το να ανακατεύουμε κρέμα γάλακτος σε βούτυρο.
Σε αυτές τις υψηλές πυκνότητες, η σκοτεινή ύλη, η οποία είναι αόρατη από όλες τις άλλες πηγές, θα πρέπει να αφήνει ένα αποτύπωμα στα βαρυτικά κύματα που εκπέμπονται από συγκρουόμενες μαύρες τρύπες.
Αλλά πώς ακριβώς θα έμοιαζε αυτό το αποτύπωμα; Και θα μπορούσε ένα τέτοιο αποτύπωμα να είναι ανιχνεύσιμο σε βαρυτικά κύματα που φτάνουν στη Γη, από μαύρες τρύπες που συγχωνεύθηκαν πολλά εκατομμύρια έτη φωτός μακριά;
Για να απαντήσει σε αυτά τα ερωτήματα, ο φυσικός του MIT, Χόσου Αουρεκοετσέα, και οι συνάδελφοί του ανέπτυξαν ένα μοντέλο για να προβλέψουν τη βαρυτική κυματομορφή, ή το μοτίβο των βαρυτικών κυμάτων που θα παρήγαγαν δύο μαύρες τρύπες, εάν συγκρούονταν σε ένα περιβάλλον σκοτεινής ύλης, σε αντίθεση με το κενό.
«Γνωρίζουμε ότι η σκοτεινή ύλη είναι γύρω μας. Απλώς πρέπει να είναι αρκετά πυκνή για να δούμε τα αποτελέσματά της», δήλωσε ο Δρ. Αουρεκοετσέα.
«Οι μαύρες τρύπες παρέχουν έναν μηχανισμό για την ενίσχυση αυτής της πυκνότητας, τον οποίο μπορούμε τώρα να αναζητήσουμε αναλύοντας τα βαρυτικά κύματα που εκπέμπονται όταν συγχωνεύονται», εξηγεί.
Οι ερευνητές εξέτασαν τα σήματα βαρυτικών κυμάτων που καταγράφηκαν κατά τη διάρκεια των τριών πρώτων παρατηρήσεων του LIGO-Virgo-KAGRA (LVK), του παγκόσμιου δικτύου αστεροσκοπείων που ανιχνεύουν βαρυτικά κύματα από συγχωνεύσεις μαύρων τρυπών και άλλες μακρινές αστροφυσικές πηγές.
Στα 28 πιο καθαρά σήματα, τα 27 προέρχονταν από μαύρες τρύπες που συγχωνεύτηκαν στο κενό.
Όμως το μοτίβο ενός σήματος, του GW 190728, έδειξε πιθανά σημάδια ενός αποτυπώματος σκοτεινής ύλης, αν και οι επιστήμονες τονίζουν ότι αυτό δεν σημαίνει ότι έχουν πράγματι ανιχνεύσει σκοτεινή ύλη.
Η νέα μέθοδος προσφέρει έναν νέο τρόπο για την εξέταση δεδομένων βαρυτικών κυμάτων για ενδείξεις σκοτεινής ύλης, τις οποίες οι φυσικοί μπορούν στη συνέχεια να παρακολουθήσουν και να επιβεβαιώσουν με άλλες τεχνικές.
«Η στατιστική σημαντικότητα αυτού δεν είναι αρκετά υψηλή για να ισχυριστεί κανείς ότι ανιχνεύθηκε σκοτεινή ύλη και περαιτέρω έλεγχοι θα πρέπει να πραγματοποιηθούν από ανεξάρτητες ομάδες», δήλωσε ο Δρ. Αουρεκοετσέα, διευκρινίζοντας ότι «είναι σημαντικό να τονίσουμε είναι ότι χωρίς μοντέλα κυματομορφής όπως τα δικά μας, θα μπορούσαμε να ανιχνεύουμε συγχωνεύσεις μαύρων τρυπών σε περιβάλλοντα σκοτεινής ύλης, αλλά να τις ταξινομούμε συστηματικά ως κάτι που έχει συμβεί στο κενό».
«Έχουμε τώρα τη δυνατότητα να ανακαλύψουμε σκοτεινή ύλη γύρω από μαύρες τρύπες, καθώς οι ανιχνευτές LVK θα συνεχίσουν να συλλέγουν δεδομένα τα επόμενα χρόνια», δήλωσε ο Δρ. Σούμεν Ρόι, ερευνητής στο Καθολικό Πανεπιστήμιο της Λουβαίν και στο Βασιλικό Αστεροσκοπείο του Βελγίου.
«Η χρήση μαύρων οπών για την αναζήτηση σκοτεινής ύλης είναι φανταστική ιδέα», επισημαίνει ο Δρ. Ροντρίγκο Βισέντε, ερευνητής στο Πανεπιστήμιο του Άμστερνταμ, αφού «θα μπορούσαμε να διερευνήσουμε τη σκοτεινή ύλη σε κλίμακες πολύ μικρότερες από ποτέ».
Τα ευρήματα δημοσιεύτηκαν στο περιοδικό Physical Review Letters.
