Uma equipe global de cientistas, incluindo dois físicos da Universidade do Mississippi, descobriu que os mesmos instrumentos usados ​​na descoberta histórica de ondas gravitacionais causadas por buracos negros em colisão podem ajudar a desvendar os segredos da matéria escura, um componente misterioso e ainda não observado do universo.

Os resultados da pesquisa de Emanuele Berti, Professor associado de física e astronomia da UM, Shrobana Ghosh, um estudante de graduação, e seus colegas aparecem na edição de setembro da Cartas de revisão física , uma das mais prestigiadas revistas acadêmicas revisadas por pares na área. "Ondas gravitacionais estocásticas e resolvíveis de bósons ultraleves" é coautor de outros cientistas Richard Brito, Enrico Barausse, Vitor Cardoso, Irina Dvorkin, Antoine Klein e Paolo Pani.

A natureza da matéria escura permanece desconhecida, mas os cientistas estimam que seja cinco vezes mais abundante que a matéria comum em todo o universo.

"A natureza da matéria escura é um dos maiores mistérios da física, ", Disse Berti." É notável que agora possamos fazer física de partículas - investigar o "muito pequeno" - observando a emissão de ondas gravitacionais dos buracos negros, os maiores e mais simples objetos do universo. "

PRL é uma das várias publicações produzidas pela American Physical Society e American Institute of Physics. Ele contém artigos considerados representativos de avanços significativos na pesquisa, e portanto, publicado rapidamente em suma, formato de carta para um amplo público de físicos.

Este artigo detalha cálculos feitos pelos cientistas, que trabalham na Alemanha, França, Itália, Portugal e os EUA, mostram que interferômetros de ondas gravitacionais podem ser usados ​​para detectar indiretamente a presença de matéria escura.

Um artigo complementar da equipe, "As ondas gravitacionais procuram bósons ultraleves com LIGO e LISA, "também foi aceito e aparecerá em Revisão Física D .

Os cálculos mostram que certos tipos de matéria escura podem formar nuvens gigantes em torno de buracos negros astrofísicos. Se partículas escalares ultraleves existem na natureza, buracos negros de rotação rápida desencadeariam o crescimento de tais "condensados" escalares às custas de sua energia rotacional, produzindo uma nuvem que gira em torno do buraco negro, agora girando mais lentamente, e emite ondas gravitacionais, muito parecido com um farol gigante no céu.

"Uma possibilidade é que a matéria escura consiste em campos escalares semelhantes ao bóson de Higgs, mas muito mais leve que neutrinos, "Pani disse." Este tipo de matéria escura é difícil de estudar em aceleradores de partículas, como o Large Hadron Collider no CERN, mas pode ser acessível a detectores de ondas gravitacionais. "

A equipe liderada por Brito estudou as ondas gravitacionais emitidas pelo sistema "buraco negro mais nuvem". Dependendo da massa das partículas hipotéticas, o sinal é forte o suficiente para ser detectado pelo Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory, com instrumentos em Louisiana e Washington, e seu homólogo europeu Virgo, bem como pela futura missão espacial Laser Interferometer Space Antenna.

"Surpreendentemente, ondas gravitacionais de fontes que são muito fracas para serem detectadas individualmente podem produzir um fundo estocástico forte, "Disse Brito." Este trabalho sugere que uma análise cuidadosa do fundo nos dados do LIGO pode descartar - ou detectar - matéria escura ultraleve por interferômetros de ondas gravitacionais.

"Este é um novo, emocionante fronteira na física das astropartículas que pode lançar luz sobre a nossa compreensão do universo microscópico. "

O LIGO está offline por alguns meses para atualizações. A equipe planeja anunciar novos, resultados emocionantes de sua segunda execução de observação em breve.

"Nosso trabalho mostra que uma análise cuidadosa das ondas gravitacionais estocásticas nos dados que eles já coletaram pode ser usada para colocar restrições interessantes sobre a natureza da matéria escura, "Berti disse.

Este trabalho inovador "confirma a alta qualidade do trabalho em física de astropartículas e astronomia de ondas gravitacionais feito por membros do grupo de física gravitacional da UM, amplamente reconhecido como um dos líderes na área, "disse Luca Bombelli, cadeira e professor de física e astronomia na Ole Miss.