Учёные намерены изучать тёмную материю с помощью наблюдений пульсаров — быстро вращающихся нейтронных звёзд, образованных после взрывов массивных звёзд. Пульсары представляют собой уникальные «лаборатории» для исследования физики в условиях, не имеющих аналогов во Вселенной.
Существуют пульсары, вращающиеся сотнями раз в секунду. Эти нейтронные звёзды испускают электромагнитное излучение из полюсов, подобно «космическим маякам». При попадании лучей на Землю эти объекты кажутся пульсирующими.
Высокая точность синхронизации яркости миллисекундных пульсаров делает их подходящими для использования как космические часы в «пульсарных хронометрических массивах». Такой массив может измерить гравитационные искажения пространства-времени. Возможно, это поможет обнаружить темную материю.
Тёмная материя — загадка, не взаимодействующая со светом или обычной материей, либо взаимодействует очень слабо, поэтому её нельзя обнаружить напрямую. Несмотря на это, она оказывает гравитационное влияние, которое можно наблюдать по воздействию на свет и обычную материю. Джон Лосекко из Университета Нотр-Дам и его коллеги пытались зарегистрировать эффект этого гравитационного влияния на свет с помощью пульсаров.
Согласно общей теории относительности Альберта Эйнштейна, массивные объекты изгибают пространство-время. Из-за этой кривизны возникает гравитация. Свет, проходя через эти регионы, меняет свой путь. Это может повлиять на время прохождения света, заставляя свет от одного объекта прибывать на детекторы в разное время.
Тёмная материя обладает массой, поэтому её концентрации искажают пространство-время. Из-за этого свет от удаленных объектов отклоняется, а время его прохождения увеличивается при движении через области с высокой концентрацией тёмной материи.
Лосекко и его соратники проанализировали сведения, собранные с наблюдений 65 пульсаров в массиве Parkes Pulsar Timing Array. В ходе наблюдений было зарегистрировано около 12 случаев изменений и задержек во времени сигнала пульсаров, которые обычно обладают наносекундной точностью. Из этого можно сделать вывод о том, что лучи от этих «космических маяков» проходят сквозь искривления пространства, спровоцированные концентрацией массы где-то между пульсаром и телескопом. Исследователи считают, что эти массы могут являться кандидатами на роль «сгустков» темной материи.
Команда зафиксировала крошечные отклонения. Тело с массой Солнца задержало бы радиоволны пульсара на около 10 микросекунд. Предполагаемые отклонения задержки из-за тёмной материи, наблюдаемые командой, в 10000 раз меньше. «Одно из открытий предполагает искажение примерно 20% массы Солнца. Этот объект может быть кандидатом на тёмную материю», — сказал профессор Лосекко.
Исследования группы привели к повышению точности данных Parkes Pulsar Timing Array, используемых для поиска признаков низкочастотного гравитационного излучения. Сгустки темной материи могут создавать помехи в этих данных. Выявление и удаление этих помех позволит учёным более эффективно использовать набор данных для поиска гравитационных волн. Это может привести к обнаружению гравитационного излучения от более отдаленных и ранних слияний черных дыр, а возможно, даже первичных гравитационных волн, оставшихся от Большого взрыва.