Temná hmota patří k největším záhadám vesmíru. Vědci ji přímo nevidí, ale její gravitační vliv pomáhá vysvětlit chování galaxií. Nový výzkum teď naznačuje, že se její stopa mohla otisknout do gravitační vlny po srážce dvou černých děr.
Fyzici z MIT a několika evropských institucí vytvořili model, který hledá možné stopy temné hmoty v gravitačních vlnách. Ty vznikají při extrémních kosmických událostech, například když se dvě černé díry spirálovitě přibližují a nakonec splynou. Pokud se před srážkou pohybují hustým oblakem temné hmoty, výsledná vlna by mohla nést jemně změněný podpis.
Tým pracoval s veřejně dostupnými daty sítě LIGO-Virgo-KAGRA, která zachytává gravitační vlny z hlubokého vesmíru. Vědci prošli data z prvních tří pozorovacích období a zaměřili se na 28 nejčistších signálů. Ve 27 případech vše odpovídalo tomu, co se čeká od černých děr splývajících v prázdném prostoru.
Jeden signál se ale choval jinak. Událost označená GW190728, poprvé zachycená 28. července 2019, podle nové analýzy nejlépe odpovídala scénáři, v němž se černé díry sloučily v hustém prostředí temné hmoty. Nejde o důkaz jejího objevu, ale o stopu, která stojí za další prověření.
Temná hmota se běžnými dalekohledy hledá obtížně, protože nereaguje na světlo ani na elektromagnetické síly. Zůstává po ní hlavně gravitace. Právě proto mohou být černé díry zajímavým nástrojem. Jejich extrémní prostředí by mohlo temnou hmotu lokálně zahustit natolik, aby se její vliv projevil v gravitačních vlnách.
Jedna z možností počítá s velmi lehkými částicemi, které se u rotujících černých děr mohou chovat jako sladěné vlny. Rotační energie černé díry by se za určitých podmínek mohla přenášet do těchto vln a výrazně zvýšit jejich hustotu. Pokud by byla dost velká, změnila by tvar gravitační vlny vzniklé při srážce.
Vědci proto vytvořili simulace sloučení černých děr v různých podmínkách. Měnili hmotnosti černých děr, velikost okolního oblaku temné hmoty i jeho hustotu. Model pak porovnali se skutečnými záznamy a právě GW190728 vyšla jako jediný signál, který se s touto možností shodoval.
„Statistická významnost není dost vysoká na to, abychom mohli tvrdit, že jsme temnou hmotu zachytili, a další kontroly by měly provést nezávislé skupiny,“ přiznává fyzik Josu Aurrekoetxea. Důležité je podle něj hlavně to, že bez podobných modelů by vědci mohli sloučení černých děr v prostředí temné hmoty mylně zařazovat mezi běžné události ve vakuu.
Metoda může být užitečnější s tím, jak budou observatoře zachytávat další gravitační vlny. Soumen Roy, který vedl analýzu dat, míní, že s přibývajícími měřeními roste šance hledat temnou hmotu přímo v okolí černých děr. Výsledky vyšly v časopise Physical Review Letters.