Systém EMRI v bahně ultralehké temné hmoty. Kredit: Beatriz Oliveira & Rodrigo Vicente.

Jaké může být něco, co není vidět a nemělo by se to projevovat jinak než gravitací? V podstatě jakékoliv, což ukazuje na rozsah pátrání po temné hmotě. Jednou z (velmi) mnoha možností je, že temná hmota je ultralehká (ultralight dark matter). Pokud ano, pak temnou hmotu tvoří extrémně lehké částice, obvykle modelované jako skalární bosony, které vytvářejí skalární pole, rovnoměrně rozprostřené v prostoru. Tedy zhruba něco jako Higgsův boson.

Francisco Duque. Kredit: sevens[+]maltr / Max Planck Institute for Gravitational Physics.

Aby to nebylo moc jednoduché, existuje celá řada možných forem ultralehké temné hmoty, například „fuzzy dark matter“ nebo mračna ultralehkých bosonů. Ať už by ale byla konkrétní podoba částic jakákoliv, mělo by jít o částice až 10²⁸ lehčí než elektron. Pokud jde o „fuzzy“ temnou hmotu, měla by mít výrazně vlnovou povahu. Mračna ultralehkých bosonů by se měla vyskytovat kolem rotujících černých děr.

Francisco Duque z německého Max Planck Institute for Gravitational Physics a jeho kolegové navrhují, že je možné odhalit ultralehkou temnou hmotu, ať už „fuzzy“ nebo mračna ultralehkých bosonů, studiem gravitačních vln ze systémů EMRI (Extreme mass ratio inspirals). EMRI představují situaci, kdy se do supermasivní černé díry řítí ve „spirále smrti“ menší objekt, jako hvězda nebo černá díra hvězdné velikosti.

Logo. Kredit: Max Planck Institute for Gravitational Physics.

Jednoduše řečeno jde o to, že pokud je temná hmota ultralehká, mohla by její hustota v blízkém okolí supermasivních černých děr dosahovat až dvacetinásobku hustoty zlata. Pokud se něčím takovým prodírá menší objekt systému EMRI, znamenalo by to, že ultralehká temná hmota významně ovlivňuje evoluci EMRI, a také ovlivňuje gravitační vlny, které takový systém generuje.

Duque s kolegy předpokládají, že by budoucí gravitační observatoře, jako například evropská vesmírná gravitační observatoř LISA (Laser Interferometer Space Antenna), která by měla odstartovat v roce 2035, tuto záležitost vyjasní, alespoň zčásti. LISA by měla excelovat v oblasti milihertzových frekvencí, což umožní velmi detailně a také dlouhodobě sledovat systémy EMRI. Buď nás LISA navede k ultralehké temné hmotě anebo zúží prostor pro její existenci.

Video: An UltraShort Introduction to UltraLight Dark Matter

Literatura

Phys.org 20. 10. 2024.

Physical Review Letters 133: 121404.