Выявление новых частиц вокруг черных дыр с помощью гравитационных волн
Вокруг вращающихся черных дыр могут образовываться облака из сверхлегких частиц. Исследователи предполагают, что эти облака могут оставлять характерный отпечаток на гравитационных волнах, испускаемых бинарными чёрными дырами.
Об исследованиях рассказывают в Амстердамском университете, передают OstanniPodii.com.
Обычно считается, что черные дыры поглощают все формы материи и энергии вокруг себя. Однако уже давно известно, что они также могут терять часть своей массы в результате процесса, называемого сверхизлучением. Хотя известно, что это явление имеет место, оно эффективно только в том случае, если в природе существуют новые, пока еще не наблюдаемые частицы с очень низкой массой, предполагаемые несколькими теориями, выходящими за рамки Стандартной модели физики частиц.
Ионизация гравитационного атома
Когда масса извлекается из черной дыры с помощью сверхизлучения, она образует большое облако вокруг нее, создавая так называемый гравитационный атом. Несмотря на гораздо больший размер гравитационного атома, это сравнение с субмикроскопическими атомами является точным из-за сходства черной дыры и ее облака с привычной структурой обычных атомов, где облака электронов окружают ядро из протонов и нейтронов.
Теперь исследование предполагает, что аналогия между обычным и гравитационным атомами более глубока, чем просто сходство в структуре. Исследователи утверждают, что это сходство может быть использовано для обнаружения новых частиц с помощью будущих гравитационно-волновых интерферометров.
Результаты работы, проведенной физиками Амстердамского университета Даниэлем Бауманном, Джанфранко Бертоне и Джованни Мариа Томаселли, а также физиком Гарвардского университета Джоном Стаутом, недавно были опубликованы в журнале Physical Review Letters.
В работе исследователи изучали гравитационный эквивалент так называемого "фотоэффекта". В этом хорошо известном процессе, который, например, используется в солнечных батареях для получения электрического тока, обычные электроны поглощают энергию падающих частиц света и таким образом выбрасываются из материала — атомы "ионизируются". В гравитационном аналоге, когда гравитационный атом является частью бинарной системы из двух тяжелых объектов, он возмущается присутствием массивного компаньона, который может быть второй черной дырой или нейтронной звездой. Подобно тому, как электроны в фотоэффекте поглощают энергию падающего света, облако сверхлегких частиц может поглотить орбитальную энергию компаньона, поэтому часть облака будет отброшена от гравитационного атома.
Поиск новых частиц
Команда физиков продемонстрировала, что этот процесс может кардинально изменить эволюцию таких бинарных систем, значительно сократив время, необходимое компонентам для слияния друг с другом. Более того, ионизация гравитационного атома усиливается на очень определенных расстояниях между бинарными черными дырами, что приводит к возникновению заметных особенностей в гравитационных волнах, которые мы обнаруживаем при таких слияниях.
Будущие гравитационно-волновые интерферометры — машины, подобные детекторам LIGO и Virgo, которые за последние несколько лет показали нам первые гравитационные волны черных дыр, — могли бы наблюдать эти эффекты. Выявление предусмотренных особенностей гравитационных атомов станет убедительным доказательством существования новых сверхлегких частиц.
! Читайте еще интересные новости о космосе на сайте или следите за ними на Facebook.