Forskere tager endnu et teoretisk skridt mod at afsløre mysteriet med mørkt stof, sorte huller

Meget af stoffet i universet forbliver ukendt og udefineret, men teoretiske fysikere fortsætter med at få spor til egenskaberne af mørkt stof og sorte huller. En undersøgelse foretaget af et team af forskere, herunder tre fra Stony Brook University, foreslår en ny metode til at søge efter nye partikler, der ikke i øjeblikket er indeholdt i standardmodellen for partikelfysik. Deres metode, offentliggjort i Nature Communications , kunne kaste lys over mørkt stofs natur.

De tre Stony Brook-forfattere omfatter Rouven Essig, Ph.D., professor ved C. N. Yang Institute for Theoretical Physics (YITP); Rosalba Perna, Ph.D., professor ved Institut for Fysik og Astronomi, og Peizhi Du, Ph.D., postdoc-forsker ved YITP.

Stjerner, der passerer tæt på de supermassive sorte huller placeret i centrum af galakser, kan blive forstyrret af tidevandskræfter, hvilket fører til udbrud, der observeres som lyse forbigående begivenheder i himmelundersøgelser. Hastigheden for, at disse hændelser opstår, afhænger af sorte huls spins, som igen kan blive påvirket af ultralette bosoner (hypotetiske partikler med små masser) på grund af superstråling. Forskerholdet udførte en detaljeret analyse af disse effekter, og de opdagede, at søgninger efter stjernernes tidevandsforstyrrelser har potentialet til at afdække eksistensen af ​​ultralette bosoner.

Ifølge medforfatter Rouven Essig demonstrerede holdet, at på grund af stjerneforstyrrelseshastighedernes afhængighed af det sorte huls spin, og i betragtning af at ultralette bosoner entydigt påvirker sådanne spins på grund af den superstrålende ustabilitet, kan målinger af stjernernes tidevandsafbrydelseshastigheder bruges til at sondere disse nye partikler.

Derudover foreslår forskerne, at med det enorme datasæt af stjernernes tidevandsforstyrrelser, som er leveret af Vera Rubin-observatoriet, kan disse data i kombination med forskernes arbejde bruges til at opdage eller udelukke en række ultralette bosonmodeller overalt områder af parameterrum.

Deres analyse indikerer også, at målinger af stjernernes tidevandsafbrydelseshastigheder kan bruges til at begrænse en række supermassive sorte huls spinfordelinger og bestemme, om tæt på maksimale spins foretrækkes.

"De potentielle implikationer af vores fund er dybtgående. Opdagelsen af ​​nye ultralette bosoner i stjerneundersøgelser af tidevandsafbrydelser ville være revolutionerende for fundamental fysik," siger Essig.

"Disse nye partikler kunne være det mørke stof, og dermed kunne værket åbne vinduer ind i en kompleks mørk sektor, der antyder mere fundamentale naturbeskrivelser såsom strengteori. Vores forslag kan også have andre anvendelser, som målinger af supermassive sorte huler spins kan bruges til at studere det sorte huls dannelseshistorie,« siger Rosalba Perna.

"Og i sidste ende, hvis disse nye partikler eksisterer, vil de påvirke, hvordan stjerner, der kommer tæt på et supermassivt sort hul, bliver forstyrret af det sorte huls stærke tyngdekraft," tilføjer Peizhi. + Udforsk yderligere

Forskere kaster modelstjerner mod et virtuelt sort hul for at se, hvem der overlever