Астрофизики ищут следы темной материи в гравитационных волнах

Слияния черных дыр могут оставлять уникальные отпечатки в гравитационных волнах, если эти объекты окружены плотными облаками темной материи. Анализ данных детекторов LIGO, VIRGO и KAGRA показал, что в двух зафиксированных событиях искажения сигнала могли быть вызваны именно присутствием гипотетических сверхлегких частиц.

Исследователи сосредоточились на изучении аксионов и похожих на них частиц с экстремально малой массой. Согласно теории, вращающиеся черные дыры способны захватывать такие частицы, создавая вокруг себя плотные структуры за счет эффекта сверхизлучения. В новой работе физики построили модель, имитирующую движение двойных систем внутри таких облаков, и проверили её на численных симуляциях. Оказалось, что присутствие материи ускоряет сближение черных дыр, что меняет частоту испускаемых гравитационных волн.

Проверка 28 событий из каталога GWTC-3 выявила аномалии в двух случаях — GW190814 и GW190728. Статистические данные по последнему событию указывают на вероятность существования облака из частиц массой около 10⁻¹² электронвольт. Авторы исследования, опубликованного в Physical Review Letters, призывают к осторожности: сигнал остается слабым, а искажения могут быть вызваны другими причинами, такими как скопления газа или особенности орбит. Тем не менее, этот подход открывает новый способ поиска частиц за пределами Стандартной модели.