Límites superiores previstos del percentil 90 para señales estocásticas de DM de LIGO, LISA, GQuEST y Holometer, asumiendo T = 1 año de tiempo de observación y densidad de DM local ρDM = 0,46 GeV/c2/cm3. Los límites se establecen estableciendo el percentil 10 de la SNR definida en la ecuación. (43) ser dos. Préstamo: arXiv (2023). DOI: 10.48550/arxiv.2306.13122
La astronomía gravitacional es una disciplina relativamente nueva que ha abierto muchas puertas para que los astrónomos entiendan cómo funciona el extremo enorme y violento de la escala. Se ha utilizado para mapear la fusión de agujeros negros y otros eventos extremos en todo el universo. Ahora, un equipo del Instituto Walter Burke de Física Teórica de Cal Tech cree que tiene un nuevo uso para la nueva tecnología: limitar las propiedades de la materia oscura.
Como hemos informado muchas veces antes, la materia oscura es materia que constituye la mayor parte de la masa del universo, pero es invisible a las ondas electromagnéticas normales, lo que literalmente nos impide “ver” de la forma en que normalmente pensaríamos en ella. Sin embargo, estas partículas, si realmente son lo que son, interactúan con otra fuerza fundamental: la gravedad.
Lo que los convertiría en un objetivo potencial para los observatorios de ondas gravitacionales (GW). Pero hay varias suposiciones que subyacen a este trabajo. Primero, la materia oscura es un fenómeno “macro”, es decir, no está sujeto al mundo de la mecánica cuántica. Es probable que las ondas gravitacionales actúen solo sobre lo que los autores llamaron materia oscura ultrapesada, que en su contexto se refiere a la masa de los propios papeles.
Los interferómetros diseñados para detectar trayectorias gravitatorias pueden captar potencialmente señales que se ven afectadas por partículas que son lo suficientemente pesadas como para entrar en esta categoría. Específicamente, estas partículas afectarían tres características diferentes de ondas gravitacionales, dos de las cuales los autores de un nuevo artículo sobre arXiv cálculo del servidor de preimpresión por primera vez.
El primero es el efecto Doppler, que todo estudiante de física de secundaria aprende, generalmente con el ejemplo de las ambulancias, que difieren en el sonido cuando se acercan a uno en lugar de alejarse. Lo mismo sucede con las ondas gravitacionales, porque afectan el espacio-tiempo de manera similar dependiendo de cómo se mueva su fuente en relación con el observatorio GW.
Para una mirada más detallada a la materia oscura que puede estar afectando a GW, los autores observan el retraso de Shapiro y Einstein. El retraso de Shapiro es el cambio en el tiempo que tarda una señal en viajar de un extremo al otro del interferómetro. Esto se puede cambiar dependiendo de si hay una densificación del espacio-tiempo en algún lugar a lo largo del brazo del interferómetro. El retraso de Einstein, por otro lado, es el retraso real del reloj que utiliza el interferómetro para medir las ondas gravitacionales. Sin embargo, este efecto se cancela en ciertas configuraciones de interferómetro.
Los autores concluyen de todo esto que los modernos observatorios GW que están a punto de entrar en funcionamiento, como el experimento Gravity Gravity Quantum Entanglement of Space-Time (GQuEST) en CalTech, deberían poder detectar el tránsito de materia oscura si es lo suficientemente grande como para ser se consideró “ultrapesado”. Pero hay otro matiz en el documento que es intrigante y apunta a una comprensión potencialmente más profunda de la física subyacente,
Los estudiantes de física de todo el mundo están aprendiendo sobre las fuerzas fundamentales: la gravedad, el electromagnetismo y las fuerzas nucleares fuerte y débil. Pero puede haber una quinta fuerza que ha estado oculta a nuestra detección hasta ahora. Esta fuerza, conocida como la interacción de Yukawa, es una quinta fuerza fundamental teórica que actúa entre la materia oscura y los tipos más tradicionales de partículas más familiares para los estudiantes de física clásica, conocidas como bariones en física teórica. Hasta el momento, no hay evidencia concluyente de esta fuerza, pero algunos experimentos han comenzado a funcionar para limitarla. Según el documento, si existe, los mismos detectores de GW podrían desempeñar un papel para limitarlo aún más.
Encontrar una nueva fuerza fundamental y resolver un misterio que ha plagado a la física teórica durante décadas es una carga pesada para una ciencia relativamente nueva. Pero así es exactamente como avanza la ciencia: utilizando nuevas tecnologías para tomar más medidas y confirmar o refutar nuevas teorías. Ahora, después de mucho tiempo, es hora de brillar en la astronomía gravitacional.