Hình ảnh: Richard Massey / NASA / ESA
Các nhà khoa học tại Viện Vật lý Hấp dẫn Max Planck và Viện Vật lý Năng lượng Cao của Barcelona đã phát hiện ra cách phát hiện vật chất tối nhờ ảnh hưởng của nó lên các hệ thống tỷ lệ khối lượng cực lớn (EMRI) trong các thiên hà xoắn ốc. Học, được xuất bản trong Thư đánh giá vật lý, gợi ý rằng những hiệu ứng này có thể được phát hiện bởi các máy dò sóng hấp dẫn trong không gian trong tương lai như LISA.
Các nhà vật lý đã xem xét một kịch bản với vật chất tối siêu nhẹ, bao gồm các hạt có thể được mô hình hóa như các boson vô hướng. Những hạt này tạo ra một trường vô hướng phân bố đều trong không gian và có thể tương tác với sóng hấp dẫn do hệ EMRI phát ra, dẫn đến sự lệch pha của các sóng này. EMRI bao gồm một lỗ đen siêu lớn (SMBH) kết hợp với một thiên thể nhỏ hơn, có thể là một ngôi sao hoặc một lỗ đen khác.
Các nhà khoa học đã áp dụng một cách tiếp cận hoàn toàn tương đối để phân tích hành vi của các hệ thống này, vì các mô hình Newton không tính đến tác động của lực hấp dẫn cực độ. Phương pháp của họ giúp nghiên cứu sự mất mát năng lượng của hệ thống EMRI thông qua sóng hấp dẫn và tương tác với trường vô hướng xung quanh.
Kết quả cho thấy các lỗ đen nhỏ hơn quay quanh các lỗ đen siêu lớn tạo ra một vệt dày đặc trong vật chất tối siêu nhẹ gây ra ma sát động và ảnh hưởng đến tín hiệu sóng hấp dẫn. Điều này có thể dẫn đến những thay đổi trong hành vi của sóng, có thể được phát hiện bằng các máy dò như LISA.
Nghiên cứu cũng tiết lộ sự khác biệt giữa các dạng mờ của vật chất tối và các đám mây boson. Đặc biệt, vật chất tối mờ ảnh hưởng đến sự mất năng lượng ở khoảng cách lớn đến các lỗ đen và sự tiêu tán năng lượng trong các đám mây boson phụ thuộc rất nhiều vào môi trường của chúng.
Tóm lại, các nhà khoa học cho rằng nghiên cứu sâu hơn sẽ giúp hiểu rõ hơn về bản chất của vật chất tối. Trong tương lai, nhóm nghiên cứu có kế hoạch điều chỉnh mô hình của họ để nghiên cứu các hệ thống phức tạp hơn, chẳng hạn như đĩa nhân thiên hà đang hoạt động, có thể làm sáng tỏ vai trò của vật chất tối trong việc hình thành các cấu trúc quy mô lớn của Vũ trụ.
