Taka strategia opiera się na analizowaniu charakterystycznych częstotliwości, niczym nut pochodzących z kosmicznego instrumentu, co mogłoby zdradzić obecność niewidocznych wcześniej fenomenów. Rzeczony pomysł wykorzystuje fakt, że wiele procesów zachodzących we wszechświecie można opisać za pomocą drgań i fal. Tak jak skrzypce, fortepian czy gitara mają swoje charakterystyczne częstotliwości rezonansowe, tak obiekty kosmiczne i pola fizyczne mogą posiadać własne ich odpowiedniki.
Czytaj też: Fizycy zapanowali nad potęgą czarnej dziury. Potwierdzili to, o czym mówiło się 50 lat temu
Fizycy nazywają takie charakterystyczne tryby oscylacji modami. Są one obecne w wielu dziedzinach nauki: od drgań atomów i cząsteczek po fale rozchodzące się w gwiazdach. Gwiazdy również “śpiewają”, choć dźwięk ten nie rozchodzi się w kosmosie tak jak fale akustyczne na Ziemi. Dzięki analizie wykrywanych drgań astronomowie mogą badać ich wnętrza, podobnie jak lekarz wykorzystuje ultrasonograf do oglądania ludzkiego ciała.
Nowa metoda opiera się na podobnej idei, choć skoncentrowanych na najbardziej fundamentalnych zagadkach fizyki. Naukowcy chcą wykorzystać precyzyjną analizę częstotliwości, aby znaleźć sygnały pochodzące od hipotetycznych cząstek lub pól, których istnienia jeszcze nie potwierdzono.
Jednym z głównych celów takich poszukiwań jest ciemna materia. Według obecnych modeli kosmologicznych zwykła materia, z której zbudowane są gwiazdy, planety i ludzie, stanowi tylko niewielką część całej zawartości wszechświata. Większość materii ma być niewidoczna i oddziaływać z nami głównie poprzez grawitację. Choć jej istnienie wynika z obserwacji ruchu galaktyk i wielkoskalowej struktury kosmosu, naukowcy nadal nie wiedzą, czym dokładnie jest.
Do tej pory większość eksperymentów próbujących wykryć ciemną materię polegała na bezpośrednim poszukiwaniu zderzeń hipotetycznych cząstek z detektorami. Problem polega na tym, że takie oddziaływania mogą być niezwykle rzadkie i bardzo słabe. Nowe podejście zakłada natomiast, że niektóre ukryte składniki wszechświata miałyby zachowywać się bardziej jak fale niż jak pojedyncze cząstki.
Jeżeli faktycznie tak jest, odpowiednio czułe urządzenia mogłyby wykryć regularne oscylacje, czyli swego rodzaju kosmiczną melodię pozostawioną przez niewidzialne pola. Badacze porównują ten pomysł do strojenia instrumentu muzycznego. Jeśli znamy sposób, w jaki powinien brzmieć określony układ, możemy wychwycić nawet bardzo cichy dźwięk, który nie pasuje do reszty.
Podobna filozofia stoi między innymi za badaniami fal grawitacyjnych, gdzie astronomowie wykrywają mikroskopijne zmiany w strukturze czasoprzestrzeni wywołane przez ogromne wydarzenia, takie jak zderzenia czarnych dziur. Największym wyzwaniem pozostaje odróżnienie prawdziwego sygnału od szumu. Wszechświat jest pełen zakłóceń: od aktywności gwiazd i galaktyk po wpływ lokalnego środowiska i ograniczenia samych instrumentów pomiarowych. Dlatego fizycy muszą tworzyć coraz bardziej zaawansowane metody analizy danych, które pozwolą wychwycić niezwykle subtelne wzorce.
Źródło: New York University
