Forskare vid Amsterdams universitet har skapat en ny teoretisk modell för att detektera mörk materia runt svarta hål genom gravitationsvågor. Metoden fokuserar på extrema massförhållande-inspiraler och bygger på Einsteins allmänna relativitetsteori för precisa förutsägelser. Detta kan ge insikter i mörk materiás fördelning när framtida observatorier som LISA tas i bruk.
Ett team av fysiker från Amsterdams universitet har introducerat en avancerad metod för att avslöja dold mörk materia med hjälp av gravitationsvågor som avges från svarta hål. Forskarnas Rodrigo Vicente, Theophanes K. Karydas och Gianfranco Bertone arbetar vid UvA Institute of Physics och GRAPPA-centret för gravitation och astropartikelfysik. Deras studie, publicerad i Physical Review Letters 2025, presenterar en fullt relativistisk ram för att analysera hur mörk materia påverkar dessa vågor.
Modellen riktar sig mot extrema massförhållande-inspiraler (EMRIs), där en liten, tät objekt, såsom ett stjärnmassivt svart hål, kretsar kring ett mycket större supermassivt svart hål i en galaxers centrum. Med tiden spiralerar det mindre objektet inåt och producerar gravitationsvågor som kan observeras under långa perioder – potentiellt månader eller år, omfamnande hundratusentals till miljontals omloppsbanor.
Tidigare studier byggde på förenklade approximationer, ofta baserade på newtonsk fysik, som ignorerade centrala relativistiska effekter. Den nya ramen korrigerar detta genom att fullt ut inkludera Einsteins allmänna relativitetsteori. Den beskriver hur omgivande materia, inklusive täta koncentrationer av mörk materia kända som spikar eller högar, förändrar banorna och omformar de avgitna vågorna.
Framtida uppdrag, som Europeiska rymdorganisationens Laser Interferometer Space Antenna (LISA), planerad för uppskjutning 2035, kommer att detektera dessa signaler. Forskarnas visar att mörk materiestukturer skulle lämna distinkta signaturer, eller kosmiska fingeravtryck, i data. Detta steg främjar målet att kartlägga mörk materia över universum och förstå dess egenskaper, eftersom mörk materia tros utgöra den mesta av universums materia.
Arbetet betonar behovet av precis modellering innan LISAs observationer börjar, för att säkerställa korrekt tolkning av signalerna.