Ett globalt team av forskare, inklusive två fysiker vid University of Mississippi, har funnit att samma instrument som används vid den historiska upptäckten av gravitationella vågor orsakade av kolliderande svarta hål kan hjälpa till att låsa upp mörkret med hemligheter, en mystisk och ännu inte observerad del av universum.

Forskningsresultaten av Emanuele Berti, UM docent i fysik och astronomi, Shrobana Ghosh, en doktorand, och deras kollegor visas i septembernumret av Fysiska granskningsbrev , en av de mest prestigefyllda vetenskapliga tidskrifterna inom området. "Stokastiska och lösbara gravitationsvågor från ultralätta bosoner" är medförfattare av forskare Richard Brito, Enrico Barausse, Vitor Cardoso, Irina Dvorkin, Antoine Klein och Paolo Pani.

Den mörka materiens natur är fortfarande okänd, men forskare uppskattar att den är fem gånger så riklig som vanlig materia i hela universum.

"Den mörka materiens natur är ett av de största mysterierna i fysik, "Berti sa." Det är anmärkningsvärt att vi nu kan göra partikelfysik-undersöka "mycket små"-genom att titta på gravitationell vågemission från svarta hål, de största och enklaste objekten i universum. "

PRL är en av flera publikationer som producerats av American Physical Society och American Institute of Physics. Den innehåller dokument som anses representera betydande framsteg inom forskning, och därför, publiceras snabbt i korthet, brevformat för en bred publik av fysiker.

Det här dokumentet beskriver beräkningar av forskarna, som arbetar i Tyskland, Frankrike, Italien, Portugal och USA, visa att gravitationsvåginterferometrar kan användas för att indirekt detektera närvaron av mörk materia.

En följeslagare från teamet, "Gravitationsvåg söker efter ultralätta bosoner med LIGO och LISA, "har också accepterats och kommer att visas i Fysisk granskning D .

Beräkningar visar att vissa typer av mörk materia kan bilda gigantiska moln runt astrofysiska svarta hål. Om det finns ultralätta skalära partiklar i naturen, snabbt snurrande svarta hål skulle utlösa tillväxten av sådana skalar "kondensat" på bekostnad av deras rotationsenergi, producerar ett moln som roterar runt det svarta hålet, nu mer långsamt snurrande, och avger gravitationsvågor, ungefär som en gigantisk fyr på himlen.

"En möjlighet är att mörk materia består av skalärfält som liknar Higgs -bosonet, men mycket lättare än neutriner, "Pani sa." Denna typ av mörk materia är svår att studera i partikelacceleratorer, till exempel Large Hadron Collider på CERN, men det kan vara tillgängligt för gravitationella vågdetektorer. "

Teamet under ledning av Brito studerade gravitationella vågor som avges av systemet "black hole plus cloud". Beroende på massan av de hypotetiska partiklarna, signalen är tillräckligt stark för att detekteras av Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory, med instrument i Louisiana och Washington, och dess europeiska motsvarighet Virgo, liksom av det framtida rymduppdraget Laser Interferometer Space Antenna.

"Förvånande, gravitationella vågor från källor som är för svaga för att vara individuellt detekterbara kan ge en stark stokastisk bakgrund, "Brito sa." Detta arbete tyder på att en noggrann analys av bakgrunden i LIGO-data kan utesluta-eller upptäcka-ultralätt mörk materia med gravitationsvåginterferometrar.

"Det här är en ny, spännande gräns inom astropartikelfysik som skulle kunna belysa vår förståelse av det mikroskopiska universum. "

LIGO har varit offline i några månader för uppgraderingar. Teamet planerar att tillkännage nya, spännande resultat från den andra observationsrundan snart.

"Vårt arbete visar att noggrann analys av stokastiska gravitationsvågor i de data som de redan har tagit kan användas för att sätta intressanta begränsningar för mörk materia, Sa Berti.

Detta innovativa arbete "bekräftar den höga kvaliteten på arbetet inom astropartikelfysik och gravitationell vågastronomi utförd av medlemmar i gravitationsfysikgruppen vid UM, allmänt erkänd som en av ledarna inom området, "sa Luca Bombelli, ordförande och professor i fysik och astronomi vid Ole fröken.