Виявлення нових частинок навколо чорних дір за допомогою гравітаційних хвиль

Навколо обертових чорних дір можуть утворюватися хмари з надлегких частинок. Дослідники припускають, що ці хмари можуть залишати характерний відбиток на гравітаційних хвилях, які випускаються бінарними чорними дірами.

Про дослідження розповідають в Амстердамському університеті, передають OstanniPodii.com.

Зазвичай вважається, що чорні діри поглинають усі форми матерії та енергії навколо себе. Проте, вже давно відомо, що вони також можуть втрачати частину своєї маси в результаті процесу, званого надвипромінюванням. Хоча й відомо, що це явище має місце, воно ефективне лише у тому випадку, якщо в природі існують нові, поки що не спостережувані частинки з дуже низькою масою, передбачувані кількома теоріями, які виходять за рамки Стандартної моделі фізики частинок.

Іонізація гравітаційного атома

Коли маса витягується з чорної діри за допомогою надвипромінювання, вона утворює велику хмару навколо неї, створюючи так званий гравітаційний атом. Попри набагато більший розмір гравітаційного атома, це порівняння із субмікроскопічними атомами є точним через схожість чорної діри та її хмари зі звичною структурою звичайних атомів, де хмари електронів оточують ядро з протонів і нейтронів.

Тепер дослідження припускає, що аналогія між звичайним та гравітаційним атомами глибша, ніж просто схожість у структурі. Дослідники стверджують, що ця схожість може бути використана для виявлення нових частинок за допомогою майбутніх гравітаційно-хвильових інтерферометрів.

Новини за подібною темою:

		У нашій галактиці знайдено наймасивнішу чорну діру зоряної маси
		Астрономи виявили крихітну чорну діру, яка неодноразово пробиває газовий диск більшої чорної діри
		Надмасивні чорні діри ненадовго прокидаються з глибокого сну завдяки подрібненим ними зорям

Результати роботи, проведеної фізиками Амстердамського університету Даніелем Бауманном, Джанфранко Бертоне й Джованні Маріа Томаселлі, а також фізиком Гарвардського університету Джоном Стаутом, були недавно опубліковані в журналі Physical Review Letters.

У роботі дослідники вивчали гравітаційний еквівалент так званого "фотоефекту". У цьому добре відомому процесі, який, наприклад, використовується в сонячних батареях для отримання електричного струму, звичайні електрони поглинають енергію частинок світла, що падають, і таким чином викидаються з матеріалу — атоми "іонізуються". У гравітаційному аналогу, коли гравітаційний атом є частиною бінарної системи з двох важких об'єктів, він збурюється присутністю масивного компаньйона, який може бути другою чорною дірою чи нейтронною зіркою. Подібно до того, як електрони у фотоефекті поглинають енергію світла, що падає, хмара надлегких частинок може поглинути орбітальну енергію компаньйона, тому частина хмари буде відкинута від гравітаційного атома.

Пошук нових частинок

Команда фізиків продемонструвала, що цей процес може кардинально змінити еволюцію таких бінарних систем, значно скоротивши час, необхідний компонентам для злиття один з одним. Щобільше, іонізація гравітаційного атома посилюється на дуже певних відстанях між бінарними чорними дірами, що призводить до виникнення помітних особливостей в гравітаційних хвилях, які ми виявляємо за таких злиттів.

Майбутні гравітаційно-хвильові інтерферометри — машини, подібні до детекторів LIGO та Virgo, які за останні кілька років показали нам перші гравітаційні хвилі від чорних дір, — могли б спостерігати ці ефекти. Виявлення передбачених особливостей гравітаційних атомів стане переконливим доказом існування нових надлегких частинок.

! Читайте ще цікаві новини про космос на сайті, або слідкуйте за ними на Facebook.

• Чорні діри