Ciemna materia stanowi jeden z podstawowym składników materii we wszechświecie. Choć wiemy o jej istnieniu dzięki jej oddziaływaniu grawitacyjnemu na materię widzialną, to wciąż nie wiemy o niej prawie nic. Nie oddziałuje bowiem z promieniowaniem elektromagnetycznym w żaden sposób, przez co nie możemy jak na razie sprawdzić z jakich chociażby cząstek się składa.
Zespół naukowców z Indyjskiego Instytutu Naukowego w Bengaluru współpracujący z badaczami z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Berkeley właśnie zaproponował sposób, w jaki naukowcy mogliby zabrać się do badania ciemnej materii. Tak jak w wielu wcześniejszych podejściach, pomysł ten nie obejmuje badań prowadzonych w laboratoriach, a badań prowadzonych na astronomicznych danych obserwacyjnych. W tym konkretnym przypadku naukowcy postulują precyzyjne analizowanie fal grawitacyjnych, w których teoretycznie moglibyśmy odkryć ciemną materię szukając jej wpływu na gwiazdy neutronowe.
W najnowszym artykule naukowym opublikowanym właśnie w periodyku Physical Review Letters badacze przekonują, że skoro ciemna materia oddziałuje grawitacyjnie z materią widzialną, to siłą rzeczy powinna gromadzić się wokół niezwykle gęstych obiektów kompaktowych, takich jak czarne dziury czy gwiazdy neutronowe. Kiedy ciemna materia wpadnie do czarnej dziury nie podlega już badaniom, bowiem wszystko co wpadnie za horyzont zdarzeń przestaje istnieć dla obserwatora znajdującego się na zewnątrz. Inaczej jest jednak w przypadku gwiazd neutronowych. Ciemna materia gromadząc się w sercu takiej gwiazdy teoretycznie byłaby do wykrycia poprzez skumulowanie efektu grawitacyjnego materii widzialnej i ciemnej materii.
Naukowcy postulują, że gromadząca się w centrum gwiazdy neutronowej ciemna materia, jeżeli jej cząsteczki posiadają odpowiednią masę, może utworzyć miniaturową czarną dziurę, która zaczyna pożerać gwiazdę neutronową od środka, z czasem zamieniając ją w czarną dziurę o masie gwiazdy neutronowej.
Nasza dotychczasowa wiedza o ewolucji gwiazd mówi, że do powstania czarnej dziury dochodzi, gdy gwiazda neutronowa przekracza masę 2,5 masy Słońca. Według nowej teorii jednak ciemna materia doprowadziłaby do powstania czarnych dziur o masie mniejszej niż maksymalna dla gwiazd neutronowych.
Jak to sprawdzić? W gęstych obszarach galaktyki trzeba by było poszukać układów podwójnych składających się z dwóch czarnych dziur. To łączenie składników takich układów emitowałoby fale grawitacyjne, które moglibyśmy badać.
Brzmi skomplikowanie, ale z drugiej strony naukowcy przyznają, że fale grawitacyjne zarejestrowane jako GW190814 oraz GW190425 paradoksalnie wskazują na to, że zostały wyemitowane w procesie łączenia dwóch obiektów, z których co najmniej jeden miał małą masę.
Naukowcy zwracają uwagę również na to, że procesy łączenia małomasywnych czarnych dziur powinniśmy być w stanie wykryć nie tylko za pomocą detektorów takich jak LIGO, VIRGO i KAGRA, ale także za pomocą Advanced LIGO, Cosmic Explorer czy za pomocą Teleskopu Einsteina. Możliwe zatem, że detektory, które umożliwiły nam pierwsze w historii odkrycie fal grawitacyjnych, niejako przy okazji pozwolą w końcu na odkrycie tajemnic ciemnej materii. Nie ma to jak dwie pieczenie na jednym ogniu.