Gravitationsbølger kunne kaste lys over mørkt stof

Den kommende Laser Interferometer Space Antenna (LISA) bliver et enormt instrument, der giver astronomer mulighed for at studere fænomener, herunder sorte huller, der kolliderer og gravitationsbølger, der bevæger sig gennem rum-tid. Forskere fra universitetet i Zürich har nu fundet ud af, at LISA også kunne kaste lys over den undvigende partikel af mørkt stof.

Laser Interferometer Space Antenna (LISA) vil gøre det muligt for astrofysikere at observere gravitationsbølger udsendt af sorte huller, når de kolliderer med eller fanger andre sorte huller. LISA vil bestå af tre rumfartøjer, der kredser om solen i en konstant trekantformation. Gravitationsbølger, der passerer igennem, vil forvrænge siderne af trekanten en smule, og disse minimale forvrængninger kan detekteres af laserstråler, der forbinder rumfartøjet. LISA kunne derfor tilføje en ny mening til videnskabsmænds opfattelse af universet og sætte dem i stand til at studere usynlige fænomener i forskellige lysspektre.

Forskere fra Center for Teoretisk Astrofysik og Kosmologi ved Universitetet i Zürich, sammen med kolleger fra Grækenland og Canada, har nu fundet ud af, at LISA ikke kun vil være i stand til at måle disse tidligere ustuderede bølger, men kunne også hjælpe med at afsløre hemmeligheder om mørkt stof.

Mørkt stof partikler menes at tegne sig for cirka 85 procent af stoffet i universet. Imidlertid, de er stadig kun hypotetiske - navnet refererer til deres uhåndgribelighed. Men beregninger viser, at mange galakser ville blive revet fra hinanden i stedet for at rotere, hvis de ikke blev holdt sammen af ​​en stor mængde mørkt stof.

Det gælder især for dværggalakser. Mens sådanne galakser er små og svage, de er også de mest udbredte i universet. Det, der gør dem særligt interessante for astrofysikere, er, at deres strukturer er domineret af mørkt stof, gør dem til naturlige laboratorier til at studere denne undvigende form for stof.

Sorte huller og mørkt stof hænger sammen

I en ny undersøgelse rapporteret i Astrofysiske tidsskriftsbreve , UZH Ph.D. studerende Tomas Ramfal udførte computersimuleringer i høj opløsning af fødslen af ​​dværggalakser, giver overraskende resultater. Beregning af samspillet mellem mørkt stof, stjerner og de centrale sorte huller i disse galakser, holdet af videnskabsmænd fra Zürich opdagede en stærk sammenhæng mellem fusionshastighederne for disse sorte huller og mængden af ​​mørkt stof i centrum af dværggalakser. Måling af gravitationsbølger, der udsendes ved sammensmeltning af sorte huller, kan således give hints om egenskaberne af den hypotetiske mørkstofpartikel.

Den nyfundne sammenhæng mellem sorte huller og mørkt stof kan nu for første gang beskrives på en matematisk og præcis måde. Lucio Mayer, gruppelederen, siger, "Mørkt stof er dværggalaksernes kendetegn. Vi havde derfor længe haft mistanke om, at dette også skulle have en klar effekt på de kosmologiske egenskaber."

Forbindelsen kommer på et passende tidspunkt, da forberedelserne til det endelige design af LISA er undervejs. Foreløbige resultater af forskernes simuleringer blev mødt med begejstring ved møder i LISA-konsortiet. Fysiksamfundet ser den nye brug af gravitationsbølgeobservationer som en lovende ny udsigt til en af ​​de største fremtidige europæiske rummissioner, som forventes at blive lanceret om cirka 15 år og kunne forbinde kosmologi og partikelfysik – det utroligt store og det ufatteligt små.