Обертові чорні діри допоможуть знайти частинки темної матерії

Використовуючи детектор LIGO, астрофізики досліджували дві обертові чорні діри та не виявили доказів існування надлегких бозонів. Це звужує список можливих частинок, складових темну матерію.

Надлегкі бозони — одні з кандидатів на роль частинок темної матерії. У новій роботі вчені звузили діапазон мас цих частинок, і тепер їх буде легше виявити.

На роль частинок темної матерії астрофізики запропонували безліч кандидатів. Одним з них є надлегкі бозони — елементарні частинки з малою масою і цілочисельним спіном. Якби ці частинки існували, то вони могли б пояснити існування темної матерії. Згідно з передбаченнями квантової теорії, чорна діра певної маси повинна притягувати хмари надлегких бозонів, які, своєю чергою, повинні колективно сповільнювати обертання чорної діри.

Якщо надлегкі бозони існують, то всі чорні діри певної маси повинні мати відносно низькі швидкості обертання. Але в новій роботі вчені виявили, що дві раніше знайдені чорні діри обертаються дуже швидко, щоб на них могли впливати надлегкі бозони. За розрахунками дослідників, їх відкриття виключає існування частинок цього класу з масами від 1.3×10-13 до 2.7×10-13 електронвольт.

Звузити діапазон мас кандидатів на роль темної матерії фізикам вдалося за допомогою даних, отриманих інтерферометрами LIGO і Virgo. Для початку автори відібрали 45 систем з двох чорних дір, що обертаються навколо одна одної. Маси цих кандидатів — від 10 до 70 сонячних — цілком допускали взаємодії з надлегкими бозонами. З цього списку вчені відібрали два об’єкти, швидкість обертання яких у теорії була ідеальною для визначення впливу надлегких бозонів.

Але виявилося, що максимальна швидкість обертання цих об’єктів вища, ніж передбачали розрахунки, що враховують уповільнення частинками з масами від 1.3×10-13 до 2.7×10-13 електронвольт. Якби такі чорні діри взаємодіяли з бозонами, їх швидкість повинна була бути вдвічі нижча. Вчені планують далі аналізувати дані гравітаційно-хвильових детекторів, щоб наблизитися до розгадки таємниці темної матерії.

Стаття опублікована в журналі Physical Review D.

Джерело

Три військові супутники Франції вивела на орбіту ракета Vega