Новий тип детектора гравітаційних хвиль, що працює в Західній Австралії, зареєстрував дві рідкісні події, які можуть бути сигналами темної матерії або первинних чорних дір. Такі високочастотні гравітаційні хвилі недоступні для більшості детекторів і ніколи раніше не реєструвалися.
Гравітаційні хвилі - це ряб у самій тканині простору-часу, вперше передбачена Ейнштейном понад століття тому, але не виявлена безпосередньо до 2015 року.
Відтоді були зроблені десятки відкриттів, в основному такими об'єктами, як LIGO, які можуть виявляти хвилі з частотами від 7 кГц до 30 Гц. Це в діапазоні хвиль, викликаних катастрофами, такими як зіткнення чорних дір і нейтронних зірок.
Але очікується, що гравітаційні хвилі виходять і за межі цього діапазону. В даний час проводяться два експерименти з пошуку дуже високочастотних хвиль, які могли б представляти інші космічні події або об'єкти. І тепер перший пакет даних було повернуто для одного з цих експериментів, включаючи два виявлення, що становлять особливий інтерес.
Проект здійснюється Центром передового досвіду в галузі фізики частинок темної матерії (CDM) та Університетом Західної Австралії і заснований на унікальному типі детектора гравітаційних хвиль, відомому як резонатор об'ємних акустичних хвиль (BAW).
В експерименті використовується диск з кристала кварцу, який коливається на високих частотах, коли через нього проходять хвилі. Це генерує електричний заряд, який може бути вловлений двома провідними пластинами, притиснутими до кварцового диска. Потім цей сигнал проходить через надпровідний пристрій квантової інтерференції (SQUID), який посилює сигнал, щоб його міг вловити детектор.
Потім все це поміщається всередині декількох радіаційних екранів, щоб запобігти перешкодам від зовнішнього електромагнітного випромінювання, і охолоджується майже до абсолютного нуля, щоб зменшити шум в сигналі. Це дозволяє пристрою виявляти частоти в діапазоні МГц.
Експеримент BAW проводився протягом 153 днів у двох окремих запусках у 2019 році, і за цей час вчені спостерігали дві рідкісні події, першу 12 травня, а другу 27 листопада. Обидва вони відбувалися на високих частотах близько 5 МГц.
Які це саме сигнали можуть бути, залишається невідомим, але є кілька цікавих можливостей.
Передбачається, що первинні чорні діри були створені протягом перших мілісекунд після Великого вибуху і могли стати зародками надмасивних чорних дір в центрах галактик. Високочастотні гравітаційні хвилі могли бути випущені однією з цих первинних чорних дір, існування яких ще належить остаточно довести. Невидимі бозонні зірки можуть пояснити загадкові гравітаційні хвилі
Інша можливість полягає в тому, що сигнал виходить від хмари частинок темної матерії. Вважається, що цей дивний матеріал пронизує Всесвіт і взаємодіє зі звичайною речовиною тільки завдяки потужному гравітаційному впливу.
Підтвердження будь-якого сценарію було б величезним проривом для фізики, але поки варто зберігати холоднокровність. Команда вчених каже, що сигнал може бути набагато менш захоплюючим, наприклад, перешкоди від заряджених частинок, механічна напруга, випадковий атомний процес або метеоритна подія.
«Чудово, що ця подія показала, що новий детектор чутливий і дає нам результати, але тепер ми повинні точно визначити, що означають ці результати», - говорить Вільям Кемпбелл, автор дослідження.
Вчені кажуть, що майбутні версії цієї технології будуть шукати гравітаційні хвилі на ще вищих частотах і також порівнювати результати декількох детекторів, щоб усунути перешкоди.
«Наступне покоління експерименту буде включати створення клону детектора і мюонного детектора, чутливого до космічних частинок», - говорить Вільям Кемпбелл. «Якщо два детектори виявлять присутність гравітаційних хвиль, це буде дійсно цікаво».
Це не перше виявлення за межами звичайного діапазону. Інші команди дослідників вловили сигнали з надзвичайно низькими частотами, які могли бути викликані іншим типом темної матерії або фоновим «гудінням» Всесвіту.
Дослідження було опубліковано в журналі Physical Review Letters.