Sciencemag.cz
Doporučujeme
Temná hmota by se mohla hromadit v neutronových hvězdách a přeměňovat je na černé díry. A jak to souvisí s gravitačními vlnami?
Tým teoretických fyziků z Tata Institute of Fundamental Research v Bombaji, Indian Institute for Science v Bengalúru a Kalifornské univerzity v Berkeley navrhl novou metodu zkoumání temné hmoty. Postup je založen na detekci gravitačních vln a předpokladu o vlivu temné hmoty na neutronové hvězdy.
Nová studie vychází z toho, že částice temné hmoty v galaxii se mohou hromadit v neutronových hvězdách, a to díky svým negravitačním interakcím. Nahromaděné částice vytvoří husté jádro hvězdy, které se pak zhroutí do miniaturní černé díry. Takto by to alespoň mělo fungovat za předpokladu, že příslušné částice temné hmoty jsou těžké a nemají svůj žádný antičásticový protějšek. V laboratorních experimentech je přitom tento scénář obtížné jinak testovat.
V případě těžkých částic temné hmoty by vše mělo pokračovat následujícím způsobem. zárodečná černá díra pohltí svou hostitelskou neutronovou hvězdu a přemění ji na černou díru, ale o hmotnosti neutronové hvězdy. „Normální“ černá díra vzniklá zhroucením hvězdy by přitom měla mít hmotnost alespoň cca 2,5 Sluncí (poznámka: přesná hranice mezi „nejtěžší neutronovou hvězdou“ a „nejlehčí černou dírou“ není úplně jasná).
Existence dané verze částic temné hmoty by pak znamenala, že by se staré binární systémy neutronových hvězd v hustých oblastech galaxie měly vyvinout v binární systémy černých děr. Jejich občasnou fúzi bychom pak zaznamenávali pomocí gravitačních vln; viděli bychom splývání nezvykle lehkých černých děr (poznámka: nebo alespoň jednoho takto „podezřelého“ objektu). Naopak pokud takovou událost pozorovat nebudeme, znamená to pro částice temné hmoty další omezení (určité parametry vyloučíme).
Zajímavé je, že některé z událostí detekovaných detektorem LIGO, např. GW190814 a GW190425, zřejmě zahrnují alespoň jeden kompaktní objekt o nízké hmotnosti. Na druhé straně, černé díry s nízkou hmotností by mohly být primordiálními černými děrami, tj. vzniknout např. v důsledku mimořádně vzácných, ale velkých fluktuací hustoty ve velmi raném vesmíru. Nicméně i tak provedli vědci spolupracující kolem LIGO nyní nové stanovení limitů pro příslušné události za předpokladu černých děr vzniklých popsaným scénářem přes temnou hmotu.
Jak praví průvodní tisková zpráva: „Omezení prezentovaná v této studii mají významnou hodnotu, protože zkoumají prostor parametrů, který je daleko mimo dosah současných pozemských detektorů temné hmoty, jako jsou XENON1T, PANDA, LUX-ZEPLIN, a to zejména pro těžké částice temné hmoty.“ Pomocí pozorování gravitačních vln lze zkoumat i extrémně slabé interakce těžké temné hmoty, kde se konvenční detektory temné hmoty musí potýkat s astrofyzikálním neutrinovým pozadím.
Očekává se, že splynutí černých děr s nízkou hmotností bude možné detekovat nejen pomocí stávajících detektorů gravitačních vln, jako jsou LIGO, VIRGO a KAGRA, ale také pomocí připravovaných detektorů Advanced LIGO, Cosmic Explorer a Einsteinův dalekohled.
Podaří-li se v budoucnu objevit exotické černé díry s nízkou hmotností, mohlo by to podle nové studie tak být i vodítkem ke zkoumání povahy temné hmoty…
Jak může souviset temná hmota a gravitační vlny detekované ze srážek obřích objektů. Credit: Basudeb Dasgupta
Sulagna Bhattacharya et al, Can LIGO Detect Nonannihilating Dark Matter?, Physical Review Letters (2023). DOI: 10.1103/PhysRevLett.131.091401
Zdroj: Tata Institute of Fundamental Research / Phys.org
to by me zajimalo jaky je mezi vedci pomer prijimajicich temnou hmout/energii a modifikovanou teorii gravitace bez temne hmoty? ja jsem spis pro modifikovanou gravitaci bez temne hmoty.
prevazuji zastanci temne hmoty. i mezi recenzenty, takze pak i v publikacich.
Ani já na existenci temné hmoty moc nevěřím. Tedy alespoň ne ve formě neinteragujících záhadných částic. To už se mi zdá lepší třeba Verlinde. Například.