Un equipo global de científicos, incluidos dos físicos de la Universidad de Mississippi, ha descubierto que los mismos instrumentos utilizados en el descubrimiento histórico de ondas gravitacionales causadas por la colisión de agujeros negros podrían ayudar a descubrir los secretos de la materia oscura, un componente misterioso y aún no observado del universo.

Los resultados de la investigación de Emanuele Berti, Profesor asociado de física y astronomía de la UM, Shrobana Ghosh, un estudiante graduado, y sus colegas aparece en la edición de septiembre de Cartas de revisión física , una de las revistas académicas revisadas por pares más prestigiosas en el campo. "Ondas gravitacionales estocásticas y resolubles de bosones ultraligeros" es coautor de sus colegas científicos Richard Brito, Enrico Barausse, Vitor Cardoso, Irina Dvorkin, Antoine Klein y Paolo Pani.

La naturaleza de la materia oscura permanece desconocida, pero los científicos estiman que es cinco veces más abundante que la materia ordinaria en todo el universo.

"La naturaleza de la materia oscura es uno de los mayores misterios de la física, ", Dijo Berti." Es notable que ahora podamos hacer física de partículas - investigar lo "muy pequeño" - al observar la emisión de ondas gravitacionales de los agujeros negros, los objetos más grandes y simples del universo ".

PRL es una de varias publicaciones producidas por la Sociedad Estadounidense de Física y el Instituto Estadounidense de Física. Contiene artículos que se consideran avances significativos en la investigación, y por lo tanto, publicado rápidamente en resumen, formato de carta para una amplia audiencia de físicos.

Este documento detalla los cálculos de los científicos, que trabajan en Alemania, Francia, Italia, Portugal y EE. UU., muestran que los interferómetros de ondas gravitacionales se pueden utilizar para detectar indirectamente la presencia de materia oscura.

Un documento complementario del equipo, "La onda gravitacional busca bosones ultraligeros con LIGO y LISA, "también ha sido aceptado y aparecerá en Revisión física D .

Los cálculos muestran que ciertos tipos de materia oscura podrían formar nubes gigantes alrededor de los agujeros negros astrofísicos. Si existen partículas escalares ultraligeras en la naturaleza, Los agujeros negros de giro rápido desencadenarían el crecimiento de tales "condensados" escalares a expensas de su energía de rotación, produciendo una nube que gira alrededor del agujero negro, ahora girando más lentamente, y emite ondas gravitacionales, casi como un faro gigante en el cielo.

"Una posibilidad es que la materia oscura esté formada por campos escalares similares al bosón de Higgs, pero mucho más ligero que los neutrinos, ", Dijo Pani." Este tipo de materia oscura es difícil de estudiar en aceleradores de partículas, como el Gran Colisionador de Hadrones del CERN, pero puede ser accesible para detectores de ondas gravitacionales ".

El equipo dirigido por Brito estudió las ondas gravitacionales emitidas por el sistema "agujero negro más nube". Dependiendo de la masa de las partículas hipotéticas, la señal es lo suficientemente fuerte como para ser detectada por el Observatorio de ondas gravitacionales del interferómetro láser, con instrumentos en Luisiana y Washington, y su homólogo europeo Virgo, así como por la futura misión espacial Laser Interferometer Space Antenna.

"Asombrosamente, Las ondas gravitacionales de fuentes que son demasiado débiles para ser detectables individualmente pueden producir un fuerte fondo estocástico. "Dijo Brito." Este trabajo sugiere que un análisis cuidadoso de los antecedentes en los datos de LIGO puede descartar - o detectar - materia oscura ultraligera mediante interferómetros de ondas gravitacionales.

"Esta es una nueva, emocionante frontera en la física de astropartículas que podría arrojar luz sobre nuestra comprensión del universo microscópico ".

LIGO ha estado fuera de línea durante algunos meses para realizar actualizaciones. El equipo planea anunciar nuevos, resultados emocionantes de su segunda ejecución de observación próximamente.

"Nuestro trabajo muestra que un análisis cuidadoso de las ondas gravitacionales estocásticas en los datos que ya han tomado se puede utilizar para establecer restricciones interesantes sobre la naturaleza de la materia oscura, "Dijo Berti.

Este innovador trabajo "confirma la alta calidad del trabajo en física de astropartículas y astronomía de ondas gravitacionales realizado por miembros del grupo de física gravitacional de la UM, ampliamente reconocido como uno de los líderes en el campo, "dijo Luca Bombelli, presidente y profesor de física y astronomía en Ole Miss.