Observarea „scuturării” găurilor negre care va contopi îi va ajuta pe oamenii de știință să-și dea seama dacă există axiuni, particule ultra-ușoare de materie întunecată sau alți candidați pentru rolul de „a șasea forță a naturii”. Aceasta este concluzia la care au ajuns astronomii care au publicat un articol în revista Physical Review D.
Multă vreme, oamenii de știință au crezut că universul este format din materia pe care o vedem și care constituie baza tuturor stelelor, găurilor negre, nebuloaselor, ciorchinilor de praf și planetelor. Dar primele observații despre viteza de mișcare a stelelor din galaxiile din apropiere au arătat că stelele de la periferia lor se mișcă în ele cu o viteză imposibil de mare, care a fost de aproximativ 10 ori mai mare decât au arătat calculele bazate pe masele tuturor stelelor din ele.
Motivul pentru aceasta, potrivit oamenilor de știință de astăzi, a fost așa-numita materie întunecată - o substanță misterioasă, care reprezintă aproximativ 75% din masa materiei din Univers. De obicei, fiecare galaxie are de aproximativ 8-10 ori mai multă materie întunecată decât vărul său vizibil, iar această materie întunecată ține stelele la locul lor și le împiedică să se împrăștie.
Astăzi, aproape toți oamenii de știință sunt convinși de existența materiei întunecate, însă proprietățile sale, pe lângă influența sa gravitațională evidentă asupra galaxiilor și grupurilor de galaxii, rămân un mister și un subiect de controversă între astrofizicieni și cosmologi. Multă vreme, oamenii de știință au presupus că este alcătuit din particule supraeficiente și „reci” - „wimps” care nu se manifestă în niciun fel, cu excepția atragerii de clustere vizibile de materie.
Căutarea nereușită a „WIMP-urilor” din ultimele două decenii i-a determinat pe mulți teoreticieni să creadă că materia întunecată poate fi de fapt „ușoară și pufoasă” și constă în așa-numitele axiuni - particule ultra-ușoare similare în masă și proprietăți cu neutrinoii. Prima lor căutare s-a încheiat de asemenea în zadar, ceea ce face ca această substanță invizibilă să fie și mai misterioasă.
Baumann și colegii săi au formulat o modalitate extrem de neortodoxă de a găsi aceste particule studiind ce se întâmplă în apropierea unei perechi de găuri negre rotative care se pregătesc să se îmbine între ele.
După cum au remarcat oamenii de știință, mișcarea lor va afecta într-un mod special structura spațiului-timp înconjurător, contribuind la apariția axiilor și a altor particule ultraluminare și la prevenirea anihilării și autodistrugerii lor reciproce.
Drept urmare, găurile negre vor fi înconjurate de un fel de "atmosferă" sau "nor" de axiuni, așa cum oamenii de știință numesc această structură. Se va comporta ca un atom artificial, încetinind mișcarea lor, emitând unde gravitaționale și influențând într-un mod special procesul de contopire a acestora.
Video promotional:
La rândul său, această influență va fi deosebit de pronunțată în timpul așa-numitului "jittery" - o fază specială în viața unei găuri negre nou-născuți, când aruncă excesul de energie rotativă sub formă de unde gravitaționale. În acest moment, nu arată ca o minge perfectă, ci ca o elipsă alungită sau întinsă, dobândind treptat o formă „normală”.
Așa cum arată calculele lui Baumann și ale colegilor săi, dacă există axiuni sau alte particule de lumină, atunci norul lor va dispărea brusc după fuziune și în timpul începutului „jitterului”, va slăbi undele gravitaționale generate de acest proces și va introduce în ele distorsiuni unice.
Se pot constata astfel de fluctuații? Telescoapele gravitaționale la sol, cum ar fi LIGO și ViRGO, potrivit astrofizicienilor, este puțin probabil să poată rezolva această problemă, deoarece ar necesita găsirea unei perechi de găuri negre în Calea Lactee, foarte aproape de contopire. Acest lucru este foarte puțin probabil.
Pe de altă parte, observația orbitală LISA, capabilă să urmărească găurile negre supermasive din alte galaxii, ar trebui să poată face față acestei sarcini și să găsească urme ale tuturor particulelor de lumină posibile.
Dacă această idee se justifică, atunci asemenea perechi de găuri negre, după cum cred oamenii de știință, vor deveni pentru noi un fel de „colizori gravitaționali”, capabili să caute cu adevărat „fizica nouă” dincolo de modelul standard.
