Учёные из лазерно-интерферометрической гравитационно-волновой обсерватории LIGO исключили существование очередного кандидата на роль частиц тёмной материи – т.н. ультралёгких бозонов, частиц, чья масса не превышает 10-11 эВ. Это было сделано за счёт наблюдения за чёрными дырами. Препринт работы был опубликован на сайте arxiv.org.

Тёмная материя – вид материи, отвечающей за четверть массы всего вещества Вселенной, но взаимодействующей с обычным веществом только посредством гравитации. Поиски частиц этой материи пока не увенчались успехом – учёные один за другим исключают различных кандидатов.

По текущим теориям, если частицы тёмной материи вообще существуют, они не подвержены электромагнитному взаимодействию, хотя, возможно, подвержены сильному и слабому взаимодействию. Также они не могут быть массивными, иначе они со временем распадались бы, и мы бы наблюдали признаки этого. Поэтому на роль таких частиц могут претендовать три кандидата – мелкие чёрные дыры, стерильные нейтрино и очень лёгкие бозоны.

В Стандартной модели есть два типа частиц, фермионы и бозоны. К последним принадлежат фотоны и глюоны. Кандидатов на тёмную материю в Стандартной модели нет, хотя существуют альтернативные теории. Есть, например, гипотеза о существовании аксионов, а также гипотеза суперсимметрии, вводящая ещё несколько частиц.

Если бы ультралёгкие бозоны существовали, они бы взаимодействовали с чёрными дырами. Последние затягивали бы их, из-за чего замедлялось бы их вращение. Учёные поняли, что могут понять, ограничена ли скорость вращения чёрных дыр, исходя из данных об их слиянии. Эти данные собирают гравитационно-волновые обсерватории LIGO и Virgo.

В итоге оказалось, что некоторые чёрные дыры вращались перед слиянием настолько быстро, что это исключает возможность того, что частицы тёмной материи – это ультралёгкие бозоны. По этой же причине частицами тёмной матери не могут быть аксионы или лёгкие частицы из теории суперсимметрии.

В итоге мы в очередной раз узнали, чем тёмная материя не является. И это очень интересно, поскольку у нас довольно быстро заканчивается список кандидатов в частицы тёмной материи.