Sciencemag.cz
Doporučujeme
A jak to souvisí s temnou hmotou?
Od první detekce v roce 2015 zaznamenaly detektory LIGO a Virgo přibližně 100 gravitačních vln. Určení zdrojů těchto gravitačních vln závisí na porovnání dat z detektorů s teoretickými modely, „šablonami“ (templáty) pro vlny vysílané jednotlivými typy zdrojů, tedy např. splývání černých děr, neutronových hvězd apod.
Přestože existuje několik možností, jak vypočítat šablony gravitačních vln, nejpřesnějším (a někdy i jediným) způsobem jsou extrémně přesné numerické simulace prováděné na nejvýkonnějších superpočítačích. Většina numerických simulací nicméně „nevytváří“ veličinu, kterou detektory přímo odečítají (strain), ale její druhou derivaci podle času, tzv. Newmanův-Penroseův skalár. Výsledek simulace se proto musí integrovat. Jak uvádí spoluautor studie (přesněji řečeno jde o dva související články publikované v různých časopisech) Isaac Wong, z Čínské univerzity v Hongkongu, vypadá to sice jednoduše, „ale tato operace podléhá známým chybám, které můžeme zvládnout pouze u poměrně jednoduchých zdrojů, jako je splynutí černých děr na kruhových oběžných drahách, které LIGO a Virgo dosud detekovaly. Navíc ani to není tak snadné a vyžaduje to poměrně náročné ruční ladění, které zahrnuje i lidská rozhodnutí.“
V nedávné práci navrhli proto Isaac Wong, Juan Calderón Bustillo (španělský Galician Institute of High Energy Physics) a jejich kolegové jiný postup. Navrhují, aby se místo integrálů v jejich simulacích použily derivace v datech z detektorů, zatímco samotné simulace zůstávají nedotčeny. I když to může vypadat jako docela triviální úprava, přináší to velké výhody. Následuje techničtější výklad, nicméně průvodní tisková zpráva zmiňuje jeden zajímavý možný důsledek. Některé ze současných signálů gravitačním vln mohou být totiž způsobeny krajně exotickými až záhadnými jevy, bosonovými hvězdami.
Bosonové hvězdy se chovají velmi podobně jako černé díry, ale zásadně se od nich liší, protože postrádají dva nejcharakterističtější (a poněkud problematické) aspekty černých děr: horizont událostí a vnitřní singularitu.
Tým sice věděl, jak tyto zdroje simulovat na superpočítačích, ale měl potíže výstupy převést na něco, co by šlo porovnat s daty z detektorů (viz výše, ono integrování). Nový postup by to měl umožnit. Vědci pak porovnal některé záznamy („události“) gravitačních vln pozorované pomocí detektorů LIGO a Virgo s rozsáhlým katalogem simulací splynutí bosonových hvězd.
Ukázalo se, že jedna z nejzáhadnějších dosud pozorovaných událostí, tzv. GW190521, je skutečně v souladu s takovými simulacemi. Pokud existují bosonové hvězdy a jejich fúze, mohly by vysvětlit alespoň část toho, co známe jako temnou hmotu, uvádí průvodní tisková zpráva.
Juan Calderón Bustillo et al, Gravitational-Wave Parameter Inference with the Newman-Penrose Scalar, Physical Review X (2023). DOI: 10.1103/PhysRevX.13.041048
Juan Calderón Bustillo et al, Searching for vector boson-star mergers within LIGO-Virgo intermediate-mass black-hole merger candidates, Physical Review D (2023). DOI: 10.1103/PhysRevD.108.123020
Zdroj: Galician Institute of High Energy Physics / Phys.org, přeloženo / zkráceno
