Гравитационные волны могут выявить скрытую темную материю вокруг черных дыр

Ученые из Амстердамского университета разработали новый теоретический метод для обнаружения темной материи с помощью гравитационных волн. Исследователи сфокусировались на системах с экстремальным отношением масс (EMRI), где небольшая черная дыра или нейтронная звезда медленно спирально падает на сверхмассивную черную дыру, испуская длительные гравитационные сигналы. Их полностью релятивистская модель, основанная на общей теории относительности Эйнштейна, впервые точно описывает, как окружающая черную дыру материя, включая плотные скопления («спайки») темной материи, влияет на орбиту меньшего объекта и форму излучаемых гравитационных волн.

Предыдущие модели использовали упрощенные ньютоновские приближения, которые не учитывали ряд важных физических эффектов. Новая работа устраняет этот пробел, обеспечивая точные расчеты для широкого спектра возможных сред вокруг черных дыр. Модель показывает, что присутствие темной материи оставляет характерные «отпечатки» в гравитационно-волновом сигнале, которые смогут распознать будущие космические миссии, такие как антенна LISA Европейского космического агентства, запуск которой запланирован на 2035 год. Эти сигналы могут отслеживаться месяцами или годами, выступая в роли детальных «космических отпечатков пальцев».

Исследование представляет собой важный шаг к использованию гравитационных волн в качестве инструмента для картографирования распределения темной материи во Вселенной и изучения её фундаментальных свойств. Авторы надеются, что когда обсерватории вроде LISA начнут сбор данных, их модель позволит не только обнаруживать присутствие темной материи вокруг черных дыр, но и получать новую информацию о её поведении и природе.