Il campo dell'astronomia è stato rivoluzionato, grazie alla prima rivelazione di onde gravitazionali (GW). Dal momento che il rilevamento iniziale è stato effettuato nel febbraio del 2016 dagli scienziati del Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory (LIGO), sono stati rilevati più eventi gravitazionali. Questi hanno fornito informazioni su un fenomeno che è stato previsto oltre un secolo fa da Albert Einstein.

Come risulta, l'infrastruttura utilizzata per rilevare i GW potrebbe anche svelare un altro mistero astronomico:la materia oscura. Secondo un nuovo studio di un team di ricercatori giapponesi, gli interferometri laser potrebbero essere utilizzati per cercare particelle massive debolmente interagenti (WIMP), una delle principali particelle candidate nella caccia alla materia oscura.

Ricapitolando, Le WIMPS sono una particella elementare teorica che interagisce con la materia normale (barionica) solo attraverso la forza di gravità "debole". Come con altre particelle elementari che fanno parte del Modello Standard (di cui le WIMPS non lo sono), sarebbero stati creati durante l'universo primordiale quando il cosmo era estremamente caldo.

Le WIMP sono essenzialmente la microscopica particella candidata, il che li pone all'estremo opposto dello spettro rispetto all'altro candidato principale:gli oggetti macroscopici di alone compatto massivo (MACHO). Finora, sono stati condotti molteplici esperimenti per trovare queste particelle, che vanno dalle collisioni di particelle e rilevamenti indiretti a metodi più diretti, ma i risultati sono stati in gran parte inconcludenti.

Come il dottor Satoshi Tsuchida, professore di fisica all'Università della città di Osaka e autore principale dello studio, detto Universo oggi Via Posta Elettronica:

"Si ritiene che [la maggior parte] dei MACHO siano costituiti da materia barionica, ma i barioni rappresentano solo il 5% dell'universo. Così, non possiamo spiegare la struttura dell'universo attuale se tutta la materia oscura consiste di MACHO. D'altra parte, Le WIMP sono materia non barionica, e non abbiamo motivo di escluderli dalla materia oscura... Pertanto, Le WIMP possono essere promettenti candidati per la materia oscura".

Per il loro studio, il team di ricerca (che comprende membri del Nambu Yoichiro Institute of Theoretical and Experimental Physics e della Ritsumeikan University dell'Università di Osaka) propone un nuovo metodo di ricerca che sfrutta i recenti progressi nel rilevamento delle onde gravitazionali. Utilizzando lo stesso metodo per rilevare le increspature nello spazio-tempo, sostengono che anche le WIMP potrebbero essere rilevate per la prima volta.

Ciò costituirebbe un approccio di "rilevazione diretta" utilizzando interferometri laser, un metodo che è stato proposto in passato. Però, questo metodo non è ancora stato testato, in parte perché gli scienziati non hanno ancora calcolato quali tipi di segnali saranno causati dalle interazioni dirette tra WIMP e nucleoni nello specchio di un interferometro laser.

Però, il team di ricerca sostiene che i movimenti di un pendolo e di uno specchio in un rivelatore GW diventeranno eccitati a causa di una collisione. Il team di ricerca ha analizzato questi movimenti e ha stimato quanto sarebbero rilevabili per un sistema di sensori altamente sofisticati come quelli utilizzati da LIGO e altri rilevatori GW.

Da questa, il team è stato in grado di fornire un quadro che potrebbe tornare utile per la ricerca futura. "Così, il nostro metodo potrebbe [fornire] qualche nuova conoscenza per la materia oscura [ricerca], " ha affermato il dott. Satoshi. "I rivelatori GW di prossima generazione hanno una sensibilità migliore rispetto a quelli della generazione attuale, quindi il rapporto segnale-rumore sarebbe migliorato di alcuni ordini di grandezza."

"Se riusciamo a stabilire un metodo per estrarre i segnali della materia oscura sul rivelatore GW, il metodo potrebbe svolgere [un] ruolo importante per chiarire la natura delle WIMP mediante [un] approccio indipendente, " ha aggiunto. "Così, il nostro studio potrebbe aiutare a rivelare la struttura dell'universo non solo al momento, ma anche nel passato e nel futuro".

Questi includono il rilevatore di onde gravitazionali Kamioka, Il telescopio criogenico a onde gravitazionali su larga scala (KAGRA) in Giappone, attualmente in fase di aggiornamento, e il telescopio Einstein (ET), un rivelatore europeo di terza generazione ancora in fase di progettazione. Quando questi saranno online e si uniranno a LIGO e all'osservatorio Virgo in Italia, consentiranno un tasso di rilevamento senza precedenti.

Questa non è la prima volta che gli scienziati suggeriscono altre applicazioni per la ricerca GW. Ad esempio, un team internazionale di scienziati ha recentemente proposto che le GW possano essere utilizzate per studiare le galassie nane nella speranza di vedere come sono dominate dalla materia oscura. Un'altra proposta sta usando GW per misurare il tasso di espansione dell'universo, un metodo che potrebbe dirci molto sulla natura e l'influenza dell'energia oscura.