アムステルダム大学の研究者らが、ブラックホール周囲の暗黒物質を重力波で検出する新たな理論モデルを開発した。この手法は極端質量比インスパイラルに焦点を当て、アインシュタインの一般相対性理論に基づく精密な予測に依存している。将来的にLISAなどの観測装置が稼働する中で、暗黒物質の分布に関する洞察を提供する可能性がある。
アムステルダム大学の物理学者チームが、ブラックホールから放出される重力波を利用して隠れた暗黒物質を明らかにする先進的な手法を提案した。研究者のロドリゴ・ビセンテ、テオファネス・K・カリアス、ジアンフランコ・ベルトーネは、UvA物理学研究所と重力・天体粒子物理学のGRAPPAセンターで活動している。彼らの研究は2025年にPhysical Review Lettersに掲載され、重力波への暗黒物質の影響を分析するための完全相対論的フレームワークを提示している。
このモデルは極端質量比インスパイラル（EMRI）を対象とし、恒星質量ブラックホールなどの小型で高密度の物体が銀河中心の超大質量ブラックホールを周回する状況を扱う。時間とともに小型物体は内側に螺旋状に接近し、数ヶ月から数年にわたって、数万から数百万回の軌道を含む重力波を発生させる。これらの波は長期間観測可能だ。
これまでの研究はニュートン物理学に基づく簡略化された近似に依存し、主要な相対論的効果を見落としていた。新フレームワークはアインシュタインの一般相対性理論を完全に取り入れ、これを修正する。周囲の物質、特にスパイクやマウンドと呼ばれる高密度の暗黒物質集中が軌道を変え、放出される波の形状を変える様子を記述する。
欧州宇宙機関のレーザー干渉計宇宙アンテナ（LISA）など、2035年打ち上げ予定の将来のミッションがこれらの信号を検出する。研究者らは、暗黒物質構造がデータに独特の署名、すなわち宇宙の指紋を残すことを示した。この進展は、宇宙全体の暗黒物質のマッピングとその性質解明に向けた目標を前進させる。暗黒物質は宇宙の物質の大部分を占めると考えられている。
この研究はLISA観測開始前に精密なモデル化の必要性を強調し、信号の正確な解釈を保証する。