miercuri, octombrie 20, 2021

Fizicienii folosesc gauri negre care se rotesc rapid pentru a cauta materia intunecata

Must read

Bosonii ultra-usori – particule ipotetice cu mase mai mici de o miliardime din masa unui electron – ar putea fi responsabili pentru materia intunecata a Universului. In cadrul unor noi cercetari, o echipa internationala de fizicieni din Statele Unite, Olanda, Belgia si Hong Kong a cautat bosoni ultra-usori folosind gauri negre care se roteau rapid.

Norii de bosoni ultra-usori – cum ar fi axiile – se pot forma in jurul unei gauri negre care se roteste rapid, daca raza gaurii negre este comparabila cu lungimea de unda a bosonilor.

Norul extrage rapid impulsul unghiular din gaura neagra si il reduce la o valoare caracteristica care depinde de masa bosonului, precum si de masa gaurii negre si de rotire.

Prin urmare, o masurare a masei si a spinului gaurii negre poate fi utilizata pentru a dezvalui sau exclude existenta unor astfel de bosoni.

,,Daca exista bosoni, ne-am astepta ca vechile gauri negre cu masa corespunzatoare sa nu aiba rotiri mari, deoarece norii de bosoni ar fi extras cea mai mare parte”, a spus Kwan Yeung (Ken) Ng, student absolvent la Institutul Kavli al MIT pentru Astrofizica si Cercetare Spatiala.

,,Aceasta implica faptul ca descoperirea unei gauri negre cu rotiri mari poate exclude existenta bosonilor cu anumite mase.”

In studiul lor, Ng si colegii sai au analizat 45 de binare ale gaurilor negre raportate de Observatorul cu unde gravitationale cu interferon laser (LIGO) si detectorul sau insotitor Fecioara.

Masele acestor gauri negre – intre 10 si 70 de mase solare – indica faptul ca, daca ar fi interactionat cu bosoni ultra-usori, particulele ar fi fost cuprinse intre 1 * 10 -13 eV (electronvolti) si 2 * 10 -11 eV in masa.

Pentru fiecare gaura neagra, cercetatorii au calculat rotatia pe care ar trebui sa o aiba daca gaura neagra a fost rotita in jos de bosoni ultra-usori in intervalul de masa corespunzator.

Asa cum exista o viteza maxima pentru obiectele fizice – viteza luminii – exista o rotire superioara la care gaurile negre se pot roti. GW190517 se roteste aproape de acel maxim. Oamenii de stiinta au calculat ca, daca ar exista bosoni ultra-usori, ei ar fi tras-o in jos cu un factor de doi.

„Daca exista, aceste lucruri ar fi aspirat o multime de impuls unghiular”, a spus dr. Salvatore Vitale, fizician la MIT.

Echipa a explicat, de asemenea, alte scenarii posibile pentru generarea de rotiri mari ale gaurilor negre, permitand totusi existenta unor bosoni ultra-usori.

De exemplu, o gaura neagra ar fi putut fi invartita de bosoni, dar apoi accelerata din nou prin interactiuni cu discul de acumulare inconjurator, un disc de materie din care gaura neagra ar putea aspira energie si impuls.

,,Daca faci calculele, vei gasi ca dureaza prea mult sa invarti o gaura neagra pana la nivelul pe care il vedem aici. Deci, putem ignora in siguranta acest efect de spin-up „, a spus Ng.

Cu alte cuvinte, este putin probabil ca rotirile inalte ale gaurilor negre sa fie cauzate de un scenariu alternativ in care exista si bosoni ultra-usori.

Avand in vedere masele si rotirile inalte ale ambelor gauri negre, autorii au reusit sa excluda existenta bosonilor ultra-usori cu mase cuprinse intre 1,3 * 10 -13 eV si 2,7 * 10 -13 eV.

,,Practic am exclus un anumit tip de bosoni din acest domeniu de masa”, a spus dr. Vitale.

,,Aceasta lucrare arata, de asemenea, modul in care detectiile undelor gravitationale pot contribui la cautarea particulelor elementare.”

More articles

Latest article