Детекторы гравитационных волн способны обнаруживать гораздо больше, чем гравитационные волны. Согласно новому исследованию, они могут также потенциально обнаружить темную материю, если темная материя состоит из особого типа частиц — «темного фотона». В будущем ученые LIGO планируют осуществить поиск темных фотонов, который будет включать в себя некоторые ранее не исследованные области параметров темных фотонов.

Группа физиков в лице Аарона Пирса, Кейт Рилс и Юэ Чжао из Мичиганского университет сообщили о своем предложении использовать гравитационно-волновые детекторы для поиска темной материи в последней статье, опубликованной в Physical Review Letters.

В поиске темных фотонов

«Это предложение отлично вписывается в новорожденную область гравитационно-волновой астрономии и физику частиц», говорит Чжао. «Без всяких модификаций детектор гравитационных волн можно использовать как очень чувствительный направленный детектор темной материи с потенциалом открытия темной материи в пять сигма».

Как объясняют физики в своей работе, если темные фотоны обладают очень легкой массой, по их поведению их можно считать осциллирующим фоновым полем с частотой колебания, определяемой их массой. Гравитационно-волновые детекторы могут потенциально обнаруживать эти колебания, потому что колебания могут влиять на тестовые объекты, размещенные в детекторах гравитационных волн. К примеру, если два тестовых объекта, расположенные в разных местах в детекторе, испытывают разные смещения, это различие может быть связано с относительной фазой осцилляций поля темного фотона в этих разных положениях.

Физики ожидают, что как наземные детекторы гравитационных волн, такие как LIGO, так и в будущем космические гравитационно-волновые детекторы, такие как LISA, смогут искать темные фотоны темной материи. Использование более одного детектора позволит перекрестно проверить и улучшить чувствительность.

В будущем ученые планируют работать над дальнейшим развитием метода поиска темной материи и точно определить, какой сигнал должна получить обсерватория гравитационных волн, если поблизости будет темный фотон.

«Мы планируем вывести эту работу далеко за рамки теоретического предложения», говорит Чжао. «Во-первых, мы планируем провести анализ данных с использованием упрощенной модели сигнала и простого алгоритма поиска. Затем мы постепенно уточним наш метод поиска и включим подобное моделирование сигнала и отклика детектора».