En stjärna (orange) som kommer nära ett supermassivt svart hål (svart) kan störas av det svarta hålets starka gravitationskraft. Enligt en ny studie, Om det finns ultralätta bosoner (lila), kan de påverka det svarta hålets spinn, vilket i sin tur påverkar hastigheten med vilken tidvattenavbrott inträffar. Kredit:Peizhi Du
Mycket av materien i universum förblir okänd och odefinierad, men teoretiska fysiker fortsätter att få ledtrådar till egenskaperna hos mörk materia och svarta hål. En studie av ett team av forskare inklusive tre från Stony Brook University föreslår en ny metod för att söka efter nya partiklar som för närvarande inte ingår i standardmodellen för partikelfysik. Deras metod, publicerad i Nature Communications , kunde kasta ljus över den mörka materiens natur.
De tre Stony Brook-författarna inkluderar Rouven Essig, Ph.D., professor vid C. N. Yang Institute for Theoretical Physics (YITP); Rosalba Perna, Ph.D., professor vid institutionen för fysik och astronomi, och Peizhi Du, Ph.D., postdoktor vid YITP.
Stjärnor som passerar nära de supermassiva svarta hålen som ligger i mitten av galaxer kan störas av tidvattenkrafter, vilket leder till flammor som observeras som ljusa övergående händelser i himmelsundersökningar. Hastigheten för dessa händelser att inträffa beror på de svarta hålens spinn, som i sin tur kan påverkas av ultralätta bosoner (hypotetiska partiklar med små massor) på grund av superstrålning. Forskargruppen utförde en detaljerad analys av dessa effekter, och de upptäckte att sökningar efter störningar av stjärnornas tidvatten har potential att avslöja förekomsten av ultralätta bosoner.
Enligt medförfattaren Rouven Essig visade teamet att på grund av beroendet av stjärnavbrottshastigheten på det svarta hålets spinn, och med tanke på att ultralätta bosoner unikt påverkar sådana snurr på grund av superstrålningsinstabiliteten, kan mätningar av stjärnavbrottshastigheten användas för att sondera dessa nya partiklar.
Dessutom föreslår forskarna att med den enorma datamängden av stjärna tidvattenstörningar som tillhandahålls av Vera Rubin-observatoriet, kan dessa data i kombination med forskarnas arbete användas för att upptäcka eller utesluta en mängd olika ultralätta bosonmodeller. regioner av parameterutrymme.
Deras analys indikerar också att mätningar av störningshastigheter för stjärnor av tidvatten kan användas för att begränsa en mängd olika supermassiva svarta håls spinnfördelningar och avgöra om nära maximala spinn är att föredra.
"De potentiella implikationerna av våra fynd är djupgående. Upptäckten av nya ultralätta bosoner i undersökningar av stjärnors tidvattenavbrott skulle vara revolutionerande för fundamental fysik", säger Essig.
"Dessa nya partiklar kan vara den mörka materien, och därmed kan arbetet öppna fönster till en komplex mörk sektor som antyder mer fundamentala naturbeskrivningar som strängteori. Vårt förslag kan också ha andra tillämpningar, som mätningar av supermassiva svarta hål spins kan användas för att studera det svarta hålets bildningshistoria, säger Rosalba Perna.
"Och i slutändan, om dessa nya partiklar finns kommer de att påverka hur stjärnor som kommer nära ett supermassivt svart hål störs av det svarta hålets starka gravitationskraft", tillägger Peizhi. + Utforska vidare
