Les observations de fusions de galaxies naines à l'aide de l'observatoire gravitationnel en orbite LISA aideront les astronomes à comprendre si la matière noire lourde existe et quelles sont ses propriétés. L'article de physiciens théoriciens a été publié dans des lettres de revues astrophysiques.
«Nous avons montré que la fréquence des fusions entre les galaxies naines et les trous noirs en leur centre dépendra directement de la quantité de matière noire présente à l'intérieur. Aujourd'hui, les théoriciens pensent qu'il devrait y en avoir beaucoup, c'est pourquoi nous avons soupçonné depuis longtemps que cela affecterait leurs propriétés cosmologiques », a déclaré Lucio Mayer de l'Université de Zurich (Suisse).
Les fils de l'univers
Pendant longtemps, les scientifiques ont cru que l'Univers est constitué de la matière que nous voyons et qui forme la base de toutes les étoiles, trous noirs, nébuleuses, amas de poussière et planètes. Mais les premières observations de la vitesse des étoiles dans les galaxies voisines ont montré que les étoiles à la périphérie se déplacent à une vitesse incroyablement élevée, environ dix fois plus élevée que les calculs basés sur les masses de toutes les étoiles.
La raison en est, selon les scientifiques d'aujourd'hui, la soi-disant matière noire - une substance mystérieuse, qui représente environ 75% de la masse de matière dans l'Univers. En règle générale, chaque galaxie contient environ huit à dix fois plus de matière noire que son cousin visible, et cette matière noire maintient les étoiles en place et les empêche de se disperser.
Les recherches infructueuses de traces de matière noire sur Terre, comme le note Meyer, font douter de nombreux scientifiques qu'elle existe en principe ou qu'elle est composée de particules super lourdes et "froides" - des "WIMPs" qui ne se manifestent d'aucune manière autre que d'attirer des amas visibles. matière.
Mayer et ses collègues se sont demandé où et comment trouver les traces les plus «fiables» de cette forme de matière noire. Leur attention a été attirée sur les objets qui, selon les théories cosmologiques conventionnelles, devraient être composés presque entièrement de cette substance - les galaxies naines les plus sombres.
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Espace "mélangeur"
Les scientifiques ont créé un modèle informatique de ces "mégapoles stellaires", qui leur a permis de les pousser les unes contre les autres et contre d'autres objets, ainsi que de modifier le rapport de la masse de matière visible et sombre, ainsi que leur distribution dans les galaxies.
Ces calculs ont montré de manière inattendue que le comportement des trous noirs centraux dans de telles galaxies, ainsi que la fréquence de leur fusion, dépendront fortement de la présence de matière noire et de l'une de ses propriétés spécifiques - à quel point sa densité diffère à la périphérie et au centre de ces nains.
Il s'est avéré que les trous noirs pouvaient s'approcher les uns des autres, former des paires étroites et fusionner uniquement dans ces cas si la matière noire était répartie de manière extrêmement inégale à travers ces galaxies. En conséquence, l'observation de la fréquence de leur fusion peut nous dire comment la matière noire est distribuée dans tout l'Univers et si elle existe en principe.
Comment calculer de tels «accidents cosmiques»? Les trous noirs supermassifs en orbite à une courte distance les uns des autres émettront des ondes gravitationnelles de très basse fréquence. Ils seront invisibles pour les télescopes au sol, mais bien visibles pour l'observatoire gravitationnel en orbite LISA, dont la construction débutera au second semestre 2020.
Il s'agit d'un ensemble de trois satellites qui doivent suivre les fluctuations de l'espace-temps, en observant comment les ondes gravitationnelles dévient le trajet des faisceaux laser reliant les trois appareils LISA.
Meyer et ses collègues espèrent que les observations avec LISA aideront les scientifiques à confirmer l'existence de la matière noire et quelles théories décrivant sa structure se rapprochent de la résolution des mystères de la vie de l'univers.
