Veel van de materie in het universum blijft onbekend en ongedefinieerd, maar theoretische natuurkundigen blijven aanwijzingen krijgen over de eigenschappen van donkere materie en zwarte gaten. Een studie door een team van wetenschappers, waaronder drie van de Stony Brook University, stelt een nieuwe methode voor om naar nieuwe deeltjes te zoeken die momenteel niet in het standaardmodel van de deeltjesfysica voorkomen. Hun methode, gepubliceerd in Nature Communications , zou licht kunnen werpen op de aard van donkere materie.

De drie Stony Brook-auteurs omvatten Rouven Essig, Ph.D., professor in het C.N. Yang Institute for Theoretical Physics (YITP); Rosalba Perna, Ph.D., professor in de afdeling Natuur- en Sterrenkunde, en Peizhi Du, Ph.D., postdoctoraal onderzoeker bij de YITP.

Sterren die dicht langs de superzware zwarte gaten in het centrum van sterrenstelsels passeren, kunnen worden verstoord door getijdenkrachten, wat leidt tot uitbarstingen die worden waargenomen als heldere voorbijgaande gebeurtenissen in hemelonderzoeken. De snelheid waarmee deze gebeurtenissen plaatsvinden, hangt af van de spins van het zwarte gat, die op hun beurt kunnen worden beïnvloed door ultralichte bosonen (hypothetische deeltjes met een minieme massa) als gevolg van superradiantie. Het onderzoeksteam voerde een gedetailleerde analyse uit van deze effecten en ze ontdekten dat zoekopdrachten naar stellaire getijdenverstoringen de potentie hebben om het bestaan ​​van ultralichte bosonen aan het licht te brengen.

Volgens co-auteur Rouven Essig heeft het team aangetoond dat vanwege de afhankelijkheid van de stellaire verstoringssnelheden van de spin van het zwarte gat, en gezien het feit dat ultralichte bosonen dergelijke spins op unieke wijze beïnvloeden vanwege de superradiante instabiliteit, metingen van stellaire getijverstoringssnelheid kunnen worden gebruikt om deze nieuwe deeltjes te onderzoeken.

Bovendien suggereren de onderzoekers dat met de enorme dataset van stellaire getijdenverstoringen die wordt geleverd door het Vera Rubin Observatorium, deze gegevens in combinatie met het werk van de onderzoekers kunnen worden gebruikt om een ​​verscheidenheid aan ultralichte bosonmodellen over brede regio's van parameterruimte.

Hun analyse geeft ook aan dat metingen van stellaire getijdenverstoringssnelheden kunnen worden gebruikt om een ​​verscheidenheid aan superzware spinverdelingen van zwarte gaten te beperken en te bepalen of bijna maximale spins de voorkeur hebben.

"De mogelijke implicaties van onze bevindingen zijn ingrijpend. De ontdekking van nieuwe ultralichte bosonen in onderzoeken naar stellaire getijdenverstoring zou revolutionair zijn voor de fundamentele fysica", zegt Essig.

"Deze nieuwe deeltjes zouden de donkere materie kunnen zijn, en dus zou het werk vensters kunnen openen naar een complexe donkere sector die verwijst naar meer fundamentele beschrijvingen van de natuur, zoals de snaartheorie. Ons voorstel kan ook andere toepassingen hebben, zoals metingen van superzware zwarte gaten spins kunnen worden gebruikt om de vormingsgeschiedenis van het zwarte gat te bestuderen", zegt Rosalba Perna.

"En uiteindelijk, als deze nieuwe deeltjes bestaan, zullen ze invloed hebben op hoe sterren die dicht bij een superzwaar zwart gat komen, worden verstoord door de sterke zwaartekracht van het zwarte gat", voegt Peizhi toe. + Verder verkennen

Wetenschappers gooien modelsterren naar een virtueel zwart gat om te zien wie het overleeft