Exotiska teorier om mörk materia. Om du är en fan av alla de otroligaste sakerna i universum, är den här artikeln åt dig.
De flesta av innehållet i vårt universum är av en form som är helt okänd för fysiken. Det är bara ett rått faktum som vi alla måste vänja oss vid. Om du frestas att tro att det bara är något slagskosmologisk problem, en fråga som bara uppstår på de allra största skalorna, ja då har jag dåliga nyheter för dig. En av dessa mystiska komponenter till kosmos är - såvitt vi kan säga - en form av materia.
Men inte bara någon form av materia, annars skulle vi sett det nu. Nej, vi tror att det är ett slagsmörk materia; materia som helt enkelt inte interagerar med ljus. Ingen utsläpp. Ingen absorption. Ingen spridning. Ingenting. Och det faktum att mörk materia existerar borde inte varaden där förvånande, borde det? Vem dikterade ju allt i universummåste interagera med ljus?
Ingen gjorde det, och så här är vi. Om du tittar på en slumpmässig galax representerar de saker som lyser upp - stjärnor, nebulosor etc. - bara en liten bråkdel av den totala mängden massa i galaxen. Det exakta förhållandet mellan "normal" materia och de mörka sakerna beror på många faktorer, som galaxens formationshistoria. Men i allmänhet, ju mindre galaxen, desto mer domineras av mörk materia.
De minsta galaxerna, kända som dvärggalaxier, kan ge ett praktiskt laboratorium för att studera mörk materia. I dessa galaxer är mörk materia fritt att göra som mörk materia gör utan något av det irriterande ljussamverkande ämnet för att verkligen komplicera saker. Om mörk materia gör något konstigt (ja, främling än helt enkelt existerande), som interagerar med sig själv via den svaga kärnkraften, eller består av flera typer av exotiska partiklar, kommer alla effekter att göra sig mer uttalade i en dvärg galax än något liknande Vintergatan.
Det här är allt bra och bra, med undantag för den lilla förbehållet att medan alla dessa intressanta fysiker händer under huven, är det svårt för oss att se det. För det är mörkt.
En sak av de många saker som vi inte förstår om mörk materia är hur det beter sig i galaxernas kärnor. Enkla simuleringar av galaxutvecklingen förutsäger något som kallas en "cusp" - en hård mutter med otroligt hög täthet som sitter i det annars krämiga centrum av en galax. Men observationer avslöjar inte detta: det borde finnas många stjärnor som följer all den mörka materiens gravitationella inflytande. Och det finns säkert många stjärnor i mitten av en galax, men inteden där många.
Något måste jämna ut den centrala mörka materien. Det kan vara exotiska interaktioner i själva den mörka materien. Det kan vara mer vardagliga orsaker som supernova vindar som spränger ut gasen. Det kan vara båda eller varken.
Astronomer är väldigt, mycket intresserade av kärnorna i galaxer, och särskilt dvärggalaxier, för det är där de potentiellt kan lära sig mycket om mörk materia. Och trots deras komplicerade, röriga fysik, behöver vi fortfarande stjärnor och gas för att observera, undersöka och studera dvärggalaxierna i hopp om att vi kan spåra beteendet hos den underliggande mörka materien. Men dvärg galaxer är långt borta, svaga och små - och deras kärnor ännu mer.
Hur kan vi kika in i dem?
Tack och lov galaxer har mer än stellar medborgare. De har också svarta hål. Jätte supermassiva i sina kärnor och miljoner mindre flyter inom dem. Och det faktum att gigantiska svarta hål tenderar att samlas i kärnorna i deras värdgalaxer kan vara användbart. Så kanske - arbeta med mig här - om vi på något sätt skulle kunna studera beteendet hos de svarta hålen i dvärggalaxier, kan vi få några ledtrådar till den mörka materiens natur.
Men svarta hål är också svarta och svåra att se. Och liten. Och långt borta. Lyckligtvis behöver vi inte se svarta hål - vi kan höra dem.
När svarta hål kolliderar, skakar de ner och förvränger rymdtidens tyg så mycket att de orsakar vågor, som krusningar som sprids ut från en tung sten som tappades i vattnet. Dessa tyngdvågor sprider sig över rymden med ljusets hastighet, sträcker sig alltjämt litet och pressar alla mellanliggande ämnen när de tvättar förbi. I själva verket är din kropp, när du läser detta, bogserad och pressad som en bit kitt från de otaliga gravitationsvågorna som går igenom jorden.
Dessa tyngdvågor är vansinnigt svåra att upptäcka, varför de första människorna som mätte dem fick några Nobelpriser för sina decennier långa ansträngningar att använda störande ljusstrålar för att fånga den subtila signalen.
Men våra tre gravitationsvågsobservatorier på jordens yta kan inte hjälpa oss med vårt svarta hål-inuti-dvärg-galax-till-studien-mörk-materie-problem. De svarta hålen - känd sommellanhåliga svarta hål - är för små för att göra en detekterbar signal långt här i Vintergatan när de smälter samman.
Men ett gravitationsvågsobservatorium i rymden kunde. Det föreslagna LISA-uppdraget (som står för, som du kanske har gissat, Laserinterferometer Space Antenna) kan ha rätt känslighet för att se signalen om sammanslagning av medelstora svarta hål, precis som de som finns i hjärtan av dvärggalaxier.
Och enligt en ny artikel som nyligen accepterats av Astrophysical Journal Letters ledd av Tomas Tomfal från universitetet i Zürich, kan olika modeller av mörk materia (och dess möjliga interaktioner med den normala ljusälskande typen) påverka hur ofta och hur snabbt de svarta hålen i dvärggalaxierna smälter samman, vilket är något som LISA kan plocka isär.
Det är en rondellväg för att förstå mörk materia, men i ett problem som är så irriterande som det är det lovande.
Läs mer: “Bildande av LISA Black Hole Binaries i sammanslagning av dvärggalaxier: avtrycket av Dark Matter”
