O campo da astronomia foi revolucionado, graças à primeira detecção de ondas gravitacionais (GWs). Uma vez que a detecção inicial foi feita em fevereiro de 2016 por cientistas do Observatório de Ondas Gravitacionais de Interferômetro a Laser (LIGO), vários eventos gravitacionais foram detectados. Eles forneceram informações sobre um fenômeno que foi previsto há mais de um século por Albert Einstein.

Acontece que a infraestrutura usada para detectar GWs também pode desvendar outro mistério astronômico:a matéria escura. De acordo com um novo estudo de uma equipe de pesquisadores japoneses, interferômetros de laser podem ser usados ​​para procurar partículas massivas de interação fraca (WIMPs), uma partícula candidata importante na caça à matéria escura.

Para recapitular, WIMPS são uma partícula elementar teórica que interage com a matéria normal (bariônica) apenas através da força de gravidade "fraca". Tal como acontece com outras partículas elementares que fazem parte do Modelo Padrão (dos quais WIMPS não são), eles teriam sido criados durante o início do universo, quando o cosmos era extremamente quente.

WIMPs são essencialmente a partícula candidata microscópica, o que os coloca na extremidade oposta do espectro do outro candidato principal - os objetos halo compactos maciços macroscópicos (MACHOs). Até aqui, vários experimentos foram realizados para encontrar essas partículas, variando de colisões de partículas e detecções indiretas a métodos mais diretos, mas os resultados foram amplamente inconclusivos.

Como Dr. Satoshi Tsuchida, professor de física da Universidade da cidade de Osaka e principal autor do estudo, contado Universo Hoje via email:

"Acredita-se que [a maioria] dos MACHOs consistem de matéria bariônica, mas os bárions representam apenas 5% do universo. Assim, não podemos explicar a estrutura do universo atual se toda a matéria escura consiste em MACHOs. Por outro lado, WIMPs são matéria não bariônica, e não temos razão para excluí-los da matéria escura ... Portanto, WIMPs podem ser candidatos promissores de matéria escura. "

Para o bem de seu estudo, a equipe de pesquisa (que inclui membros do Instituto Nambu Yoichiro de Física Teórica e Experimental da Universidade de Osaka e da Universidade Ritsumeikan) propõe um novo método de pesquisa que aproveita os avanços recentes na detecção de ondas gravitacionais. Usando o mesmo método para detectar ondulações no espaço-tempo, eles argumentam que os WIMPs também podem ser detectados pela primeira vez.

Isso constituiria uma abordagem de "detecção direta" usando interferômetros de laser, um método que foi proposto no passado. Contudo, este método ainda não foi testado, em parte porque os cientistas ainda não calcularam quais tipos de sinais serão causados ​​por interações diretas entre WIMPs e núcleons em um espelho de interferômetro a laser.

Contudo, a equipe de pesquisa argumenta que os movimentos de um pêndulo e espelho em um detector GW ficarão excitados devido a uma colisão. A equipe de pesquisa analisou esses movimentos e estimou o quão detectáveis ​​eles seriam para um sistema de sensores altamente sofisticados como os usados ​​pelo LIGO e outros detectores GW.

A partir disso, a equipe foi capaz de fornecer uma estrutura que pode ser útil para pesquisas futuras. "Assim, nosso método pode [fornecer] alguns novos conhecimentos para a matéria escura [pesquisa], "disse o Dr. Satoshi." Os detectores GW de próxima geração têm melhor sensibilidade do que os da geração atual, portanto, a relação sinal-ruído seria melhorada em algumas ordens de magnitude. "

"Se pudermos estabelecer um método para extrair os sinais de matéria escura no detector GW, o método pode desempenhar [um] papel importante para elucidar a natureza dos WIMPs por [uma] abordagem independente, "acrescentou." Assim, nosso estudo pode ajudar a revelar a estrutura do universo não apenas no presente, mas também no passado e no futuro. "

Isso inclui o detector de ondas gravitacionais Kamioka, Telescópio de ondas gravitacionais criogênicas de grande escala (KAGRA) no Japão - que está sendo atualizado - e o telescópio Einstein (ET), um detector europeu de terceira geração que ainda está em fase de projeto. Quando eles ficam online e se juntam ao LIGO e ao observatório de Virgem na Itália, eles permitirão uma taxa de detecção sem precedentes.

Esta não é a primeira vez que cientistas sugerem outras aplicações para a pesquisa GW. Por exemplo, uma equipe internacional de cientistas propôs recentemente que GWs poderiam ser usados ​​para estudar galáxias anãs na esperança de ver como elas são dominadas pela matéria escura. Outra proposta é usar GWs para medir a taxa de expansão do universo - um método que pode nos dizer muito sobre a natureza e a influência da energia escura.