آشکارسازهای امواج گرانشی شاید بتوانند ماده تاریک را کشف کنند

براساس نظریه‌ی نسبیت عام اینشتین، امواج گرانشی نوسان‌هایی در تاروپود فضازمان هستند. وقتی چنین موجی از آشکارساز موج گرانشی عبور کند، هندسه‌ی فضای داخل آن را تغییر می‌دهد و به‌طور موقت فاصله‌ی بین دو آینه یا دیگر اشیای مشابه درون آشکارساز را اصلاح می‌کند. این تغییر کوچک به دانشمندان امکان می‌دهد تا حضور امواج گرانشی را تشخیص دهند.

کیم در پژوهش خود نشان می‌دهد که فاصله‌ی یادشده نه‌تنها به‌وسیله‌ی موج گرانشی، بلکه با نوسانات ماده تاریک نیز تغییر می‌کند. ماده تاریک می‌تواند درست مثل زمین که اجرام آسمانی را به سمت خود می‌کشاند، آینه‌ها را با میدان گرانشی‌اش جذب کند. کیم می‌گوید:

این نوسان‌ها به‌صورت تصادفی در منظومه‌ی شمسی حرکت می‌کنند و آشکارسازهای امواج گرانشی را به‌صورت پیوسته بمباران می‌کنند.

کیم برای اینکه ببیند آیا آشکارسازهای امواج گرانشی کنونی می‌توانند تأثیر ماده‌ی تاریک فوق سبک را از نظر تئوری تشخیص دهند یا نه، محاسبه کرد که چگونه ذرات ماده‌ی تاریک با اندازه‌های مختلف ممکن است فضازمان را مختل کنند. او مجبور شد طیف گسترده‌ای از جرم‌ها از حدود ۱۶ تا ۲۸ مرتبه‌ کوچک‌تر از جرم یک الکترون را بررسی کند.

تجزیه‌وتحلیل نظری کیم نشان داد که آشکارسازهای موجود مثل رصدخانه امواج گرانشی تداخل‌سنج لیزری (LIGO) که در سال ۲۰۱۵ به اثبات وجود امواج گرانشی کمک کرد، به دلیل حساسیت بسیار پایین نمی‌توانند نوسان‌های ماده تاریک را آشکار کنند.

بااین‌حال، پروژه‌های آینده به آشکارسازهای فضایی اختصاص خواهند یافت و فاصله‌ی بین ماهواره‌ها مانند فاصله‌ی بین آینه‌های LIGO در حد چند کیلومتر نخواهد بود، بلکه تقریباً به یک میلیون برابر خواهد رسید. اگر این فاصله حتی به اندازه‌ی کسر کوچکی تغییر کند، دامنه‌ی تغییرات به قدری بزرگ خواهد بود که تأثیر ماده تاریک به‌خوبی حس می‌شود.

بر اساس برنامه‌ریزی‌ها، LISA در اواسط دهه‌ی ۲۰۳۰ پرتاب خواهد شد و با توجه به این مسئله فرضیه‌ی کیم بیش از یک دهه با آزمایش واقعی فاصله دارد. بااین‌حال در شرایط فعلی روش‌های دیگری برای کشف تأثیر ماده‌ی تاریک بر فضا زمان وجود دارد که شامل بررسی ستاره‌های نوترونی با سرعت چرخش بالا است.