Исследователи из Института гравитационной физики Общества Макса Планка и Института физики высоких энергий Барселоны представили инновационный подход к поиску темной материи. Их работа, опубликованная в журнале Physical Review Letters, фокусируется на изучении систем с экстремальным отношением масс (EMRI) в спиральных галактиках.
Ключевая идея исследования заключается в анализе влияния сверхлегкой темной материи на гравитационные волны, испускаемые системами EMRI. Эти системы представляют собой уникальные космические образования, состоящие из сверхмассивной черной дыры и значительно меньшего астрономического объекта - звезды или другой черной дыры.
Ученые предположили, что частицы темной материи могут быть представлены в виде скалярных бозонов, создающих особое скалярное поле в космическом пространстве. Взаимодействие этого поля с гравитационными волнами от EMRI может вызывать заметные изменения в характеристиках этих волн, в частности, их фазовые сдвиги.
Для изучения поведения EMRI в присутствии темной материи исследователи применили сложный математический аппарат, основанный на теории относительности. Такой подход позволил учесть эффекты экстремальной гравитации, которые невозможно описать в рамках классической ньютоновской механики.
Результаты исследования показали, что меньшие черные дыры, вращающиеся вокруг сверхмассивных, оставляют своеобразный "след" в окружающей их темной материи. Это явление, названное динамическим трением, может существенно влиять на характеристики гравитационных волн, излучаемых системой.
Ученые также выявили интересные различия между разными формами темной материи. Например, так называемая "размытая" темная материя оказывает влияние на энергетические процессы на значительном удалении от черных дыр, в то время как эффекты, связанные с бозонными облаками, сильно зависят от их непосредственного окружения.
Важно отметить, что обнаружение предсказанных эффектов может стать возможным благодаря будущим космическим детекторам гравитационных волн, таким как LISA (Лазерная интерферометрическая космическая антенна). Это открывает новые перспективы для экспериментального подтверждения теоретических выкладок и, возможно, прямого наблюдения темной материи.
Исследователи планируют продолжить работу в этом направлении, расширяя свою модель для изучения более сложных астрофизических объектов, включая диски активных галактических ядер.
