Nový typ detektoru gravitačních vln běžící v Západní Austrálii zaznamenal dvě vzácné události, které mohou být signály temné hmoty nebo prvotních černých děr. Tyto vysokofrekvenční gravitační vlny jsou mimo dosah většiny detektorů a nikdy předtím nebyly zaznamenány.
Gravitační vlny jsou vlnky v samotné struktuře časoprostoru, poprvé je předpovídal Albert Einstein před více než stoletím, ale nebyly přímo detekovány až do roku 2015. V následujících letech byly provedeny desítky detekcí, většinou zařízeními jako LIGO, které dokážou detekovat vlny s frekvencemi mezi 7 kHz a 30 Hz. To je rozmezí pro vlny produkované kataklyzmatickými událostmi, jako jsou srážky černých děr a neutronových hvězd. Očekává se však, že gravitační vlny také mohou spadat mimo tento rozsah. Dva experimenty v současné době hledají velmi vysokofrekvenční vlny, které by mohly představovat jiné vesmírné události nebo objekty. Nyní byla získána první dávka dat pro jeden z těchto experimentů včetně dvou zvláštních zjištění. Projekt provozuje Centrum excelence ARC pro fyziku částic temné hmoty (CDM) a Univerzita Západní Austrálie a vychází z unikátního typu detektoru gravitačních vln, známého jako rezonátor hromadných akustických vln (BAW). Experiment využívá kotouč z křemenného krystalu, který vibruje na vysokých frekvencích, když jím procházejí akustické vlny. To generuje elektrický náboj, který lze zachytit dvěma vodivými deskami přitlačenými na křemenný kotouč. Tento signál pak prochází supravodivým kvantovým interferenčním zařízením (SQUID), které zesiluje signál tak, aby jej mohl zachytit detektor. Celá věc je pak uzavřena uvnitř několika radiačních štítů, aby se zabránilo rušení z vnějšího elektromagnetického záření, a zchlazena na téměř absolutní nulu, aby se snížil šum v signálu. To umožňuje zařízení detekovat frekvence v rozsahu MHz. Experiment BAW probíhal v roce 2019 po dobu 153 dní ve dvou oddělených cyklech a v té době vědci pozorovali dvě vzácné události: první 12. května a druhou na 27. listopadu. Obě byly na vysokých frekvencích kolem 5 MHz. Přesně to, jaké signály mohou být, zůstává neznámé, ale existuje několik pozoruhodných možností. Předpokládá se, že prapůvodní černé díry byly vytvořeny během milisekund Velkého třesku a mohly se stát zárodky supermasivních černých děr v centrech galaxií. Vysokofrekvenční gravitační vlny mohly být emitovány jednou z těchto prvotních černých děr, o nichž se dosud přesvědčivě ukázalo, že existují. Další možností je, že signál přišel z oblaku částic temné hmoty, procházejícího nástrojem. Předpokládá se, že tato podivná věc prostupuje vesmírem a přichází do interakce s běžnou hmotou pouze díky svému silnému gravitačnímu působení. Potvrzení obou scénářů by bylo pro fyziku velkým průlomem, ale prozatím stojí za to zachovat si chladnou hlavu. Tým říká, že signál může být také mnohem méně zajímavého původu: může se jednat o interferenci částic náboje, mechanické napětí, náhodný atomový proces nebo meteorickou událost.
„Událost ukázala, že nový detektor je citlivý a dává nám výsledky, což je skvělé, ale nyní musíme přesně určit, co tyto výsledky znamenají,“ říká William Campbell, autor studie. Spolu s tím jeho tým tvrdí, že budoucí verze technologie budou hledat gravitační vlny na ještě vyšších frekvencích a porovnávat výsledky z více detektorů, aby se eliminovalo rušení.
„Příští generace experimentu bude zahrnovat vybudování klonu detektoru a detektoru mionu citlivých na kosmické částice,“ říká Campbell. „Pokud dva detektory zjistí přítomnost gravitačních vln, bude to opravdu fantastické.“
Není to však první detekce mimo pravidelný rozsah. Jiné týmy zachytily signály s extrémně nízkými frekvencemi, které by mohly být způsobeny jiným typem temné hmoty nebo „hukotem“ pozadí vesmíru.