By Можливо, нам вдасться дізнатися про властивості темної матерії завдяки мініатюрному детектору гравітаційних хвиль – пише Джеремі Гсу у журналі “Scientific American”.
Первісні чорні дірки, які народилися упродовж перших секунд після Великого Вибуху, повідомили світ про своє виникнення, емітуючи гравітаційні хвилі, які, пересуваючись зростаючим Всесвітом, стискали і розширяли матерію. Зараз науковці із Northwestern University розпочали роботу над маленьким детектором, який вперше міг би зафіксувати ті вібрації.
Гігантська Лазерна інтерферометрична обсерваторія гравітаційних хвиль (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory; LIGO) вартістю мільярд доларів у 2016 році першою зареєструвала зморшки часопростору, які називаються гравітаційними хвилями. Ці зморшки виникли внаслідок зіткнення і зливання двох віддалених масивних чорних дірок. Потім величезні детектори зареєстрували ще й гравітаційні хвилі, емітовані нейтронними зірками, що зливалися. Запропонований Northwestern University мінідетектор, кошти на який було отримано у липні, зможе викривати хвилі вищої частоти з об’єктів, яких ніколи раніше не досліджували – таких, як чорні дірки, що виникли під час зародження Всесвіту.
Сучасні детектори гравітаційних хвиль, як-от американський LIGO і європейський Virgo, використовують широку систему дзеркал і довгих, кілометрових лазерних “рук” для того, щоб вимірювати невеликі зміни віддалі, викликані гравітаційними хвилями. Левітаційний сенсорний детектор із Northwestern University повинен за допомогою лазерів підвісити у вакуумній камері скляну кульку, завдяки чому виникне надзвичайно чутливий детектор з руками завдовжки лише один метр. Він буде вловлювати відлуння процесів виникнення первісних чорних дір і активності теоретично передбачених часток, званих аксіонами. І одні, й інші є кандидатами на таємничу темну матерію – невидиму субстанцію, яка становить значну частину маси Всесвіту і проявляється тільки через вплив гравітації.
“Я вважаю, що є велике зацікавлення збільшенням обсягу частот при пошуках гравітаційних хвиль, особливо після останніх захопливих відкриттях LIGO, – каже Андрю Ґерейці, фізик із Northwestern і головний дослідник нового проекту детектора. – Джерела, які можуть становити темну матерію, є більш спекулятивними; існування джерел, котрі відкрило LIGO, можна було очікувати”.
W. M. Keck Foundation, приватна американська благодійна фундація з офісом у Лос-Анджелесі, викладе мільйон доларів на проект від Northwestern University, метою якого буде зареєструвати хвилі із таких джерел. Додаткові кошти надасть університет. Після двох років прототип завдовжки метр повинен упродовж року вести попередні дослідження і потенційно вторувати шлях більшому, 10-метровому детекторові.
Рана Адхікарі, експериментальний фізик із California Institute of Technology, який не бере участі у проекті левітаційного детектора, звертає увагу на те, що чимало науковців сумніваються в тому, що можуть існувати джерела, які емітують сильні гравітаційні хвилі з такими високими частотами – понад 10 кГц. Однак він додає, що гіпотетичні джерела, пов’язані з темною матерією, можуть бути винятками: “Для нас може стати несподіванкою, наскільки екзотичним є Всесвіт, побачений у сфері ультразвукових гравітаційних хвиль”.
