Un studiu recent, prezentat într-un articol publicat în Physical Review Letters, a explorat modul în care materia întunecată ultrauşoară ar putea fi detectată prin observarea undelor gravitaţionale care emană de la anumite sisteme stelare. Această cercetare ar putea fi revoluționară în înțelegerea noastră a acestei componente misterioase a Universului.
Materia întunecată rămâne una dintre cele mai fascinante și profunde enigme ale fizicii moderne. Deși nu o putem observa direct, oamenii de știință sunt convinși de existența sa datorită efectelor gravitaționale. Într-adevăr, materia întunecată exercită o forță invizibilă care ține galaxiile și stelele în loc, împiedicând aceste structuri să se împrăștie sub efectul rotației galactice. Fără această prezență invizibilă, gravitația vizibilă pur și simplu nu ar fi suficientă pentru a explica coeziunea galaxiilor așa cum le cunoaștem. Spre deosebire de materia obișnuită, materia întunecată pare să nu interacționeze deloc cu lumina sau cu particulele clasice ale modelului standard al fizicii. Acest lucru îl face deosebit de dificil de detectat și studiat.
Printre diversele teorii care încearcă să explice natura acestei materii misterioase, materia întunecată ultrauşoară se remarcă prin proprietăţile sale interesante. Această formă teoretică a materiei întunecate constă din particule de masă extrem de mică, atât de ușoare încât se comportă mai mult ca niște unde decât particule solide. Spre deosebire de particulele de materie tradiționale, aceste particule ultrauşoare ar putea avea, de asemenea, lungimi de undă atât de mari încât influențează structurile la scară galactică. Datorită acestui aspect ondulatot materia întunecată ultraușoară s-ar putea să nu se aglomereze precum materia clasică, ci să se răspândească în spațiu sub formă de câmpuri vaste. Una dintre ipotezele cheie este că aceste particule ar putea forma nori în jurul găurilor negre supermasive. Acolo, ei ar interacționa cu obiecte masive, cum ar fi stelele sau găurile negre mai mici, care se află în apropiere. Aceste interacțiuni ar putea modifica în mod semnificativ dinamica acestor obiecte pe orbită, afectând mișcarea gravitațională a acestora.
În noul studiu se arată că una dintre cele mai bune modalități de a detecta materia întunecată ultra-ușoară ar fi observarea sistemelor numite spirale cu raportul de masă extremă (sau EMRI). Aceste sisteme apar atunci când un obiect mic, cum ar fi o stea sau o gaură neagră mică, orbitează o gaură neagră supermasivă. Pe măsură ce obiectul se apropie de gaura neagră, trimite unde gravitaționale care transportă informații despre mișcarea sa și mediul înconjurător. Aceste unde sunt ca vibrațiile în spațiu-timp care pot fi detectate de pe Pământ cu instrumente foarte sensibile. Dacă materie întunecată ultrauşoară este prezentă în jurul găurii negre supermasive, aceasta ar putea afecta modul în care obiectul mai mic se învârte în spirală. Acest lucru s-ar întâmpla în special printr-un proces numit frecare dinamică în care materia întunecată acționează ca rezistență, încetinind mișcarea obiectului. Această rezistență ar putea modifica apoi semnalele undelor gravitaționale pe care le primim, oferind astfel indicii valoroase despre prezența și natura materiei întunecate ultra-ușoare.
Pentru a observa aceste spirale și undele gravitaționale pe care le emit, este nevoie de un nou tip de instrument. Aici intervine LISA (Laser Interferometer Space Antenna), un detector de unde gravitaționale care va fi lansat în spațiu în 2035. Spre deosebire de detectoarele terestre actuale precum LIGO, LISA va putea capta undele gravitaționale pe o perioadă de timp mult mai lungă. timp de câteva săptămâni, luni sau ani. Acest lucru îl face un instrument ideal pentru studiul EMRI, deoarece aceste sisteme pot evolua lent și necesită monitorizare prelungită. Măsurând undele gravitaționale cu lungimi de undă din aceste sisteme, LISA ar putea detecta modificări subtile cauzate de materia întunecată ultrauşoară. Cercetătorii speră că acest lucru va ajuta la înțelegerea modului în care aceste particule invizibile interacționează cu găurile negre și alte obiecte cerești masive.
Dacă LISA reușește să observe semne de materie întunecată ultraușoare, ar putea avea implicații majore pentru înțelegerea Universului. Acest lucru ar confirma existența unui tip foarte diferit de materie întunecată decât sugerează teoriile tradiționale. Chiar dacă LISA nu găsește dovezi directe ale materiei întunecate ultra-ușoare, rezultatele ar putea totuși ajuta oamenii de știință să restrângă posibilele teorii. Datele colectate ar oferi o perspectivă asupra formelor de materie întunecată care ar putea exista sau ar putea fi excluse, oferind răspunsuri cruciale la una dintre cele mai mari întrebări din astrofizica modernă.
