Темная материя не взаимодействует с электромагнитной силой, однако взаимодействует с гравитационной силой. Знаем ли мы, существуют ли большие «сгустки» (например, звезды) темной материи? Если они существуют (или могут существовать), вызовет ли их столкновение с черной дырой или нейтронной звездой гравитационные волны?
Как правило, темной материи трудно слипаться. Это происходит из-за сохранения углового момента: обычная материя так эффективно слипается в звезды, планеты и все такое только потому, что у нас есть диссипативные силы («трение»), которые обеспечивают эффективное скопление.
С другой стороны, для темной материи мы не ожидаем каких-либо (или, по крайней мере, сильных) диссипативных сил; это парадигма Лямбда-Холодная-Темная-Материя, где темная материя взаимодействует только через гравитацию. В этом случае кластеризация может происходить только за счет взаимодействия трех тел (более известного из маневров зондов Солнечной системы, когда одно тело получает угловой момент за счет другого, теряющего его). И в ванильном сценарии это означает, что мы не ожидаем никакой (или, по крайней мере, незначительной) структуры в масштабах, намного меньших, чем карликовые галактики: не ожидается звезд или планет из темной материи.
Тем не менее, предлагаются модификации этого ванильного сценария холодной темной материи, которые согласуются с данными, в которых темный сектор имеет дополнительные силы, которые, в свою очередь, могут вызвать более сильное сгущение. Самовоздействующая темная материя является одним из примеров одной из таких моделей, см., например, эту хорошо написанную, хотя и несколько устаревшую статью .
Темная материя — это тоже материя, так что да, любое движение сгустка темной материи создает ту же гравитационную структуру (и потенциально также гравитационные волны), что и сгусток того же размера и массы, который состоит из обычного вещества. Но если бы у вас были другие профили плотности и очень чувствительные детекторы гравитационных волн, вы могли бы обнаружить другую сигнатуру.
Если рассуждать чисто феноменологически, кванты темной материи могут быть чем угодно, от 10^-22 электронвольт света до 10 масс Солнца (примерно. Давайте не будем вдаваться в споры об этих точных ограничениях в этом посте). На этом массивном конце допустимого диапазона первичные черные дыры являются одним из кандидатов, который обсуждается в литературе . На самом деле, эта модель недавно привлекла к себе много внимания именно из-за первых сигнатур гравитационных волн, обнаруженных aLIGO, хотя к настоящему времени она не пользуется популярностью как составляющая всю темную материю.
Вкратце: Нет, мы на самом деле не знаем, существуют ли сгустки темной материи размером со звезду, да, мы можем видеть их в гравитационных волнах.
С. МакГрю