Физики предложили искать сверхлегкие бозоны в слияниях черных дыр
Поскольку даже мощность Большого адронного коллайдера ограничена, физики предложили использовать в качестве естественных квантовых лабораторий черные дыры. А точнее — места их слияний, где в зоне экстремальной гравитации могут рождаться новые, пока неизвестные науке частицы. Не последнюю роль здесь сыграет и фактор не так давно открытых гравитационных волн.
Команда датско-голландских астрономов решила объединить несколько новейших открытий, сделанных их коллегами за последние шесть лет. В совокупности они позволили заключить, что гравитационные волны, порождаемые столкновениями массивных и плотных гигантов, способны донести до нас не только характеристики их масс и возрастов, но и следы экзотических элементарных частиц. Благодаря механизму, известному как «сверхизлучение черной дыры».
Дело в том, что когда черная дыра достаточно быстро вращается, то часть своей массы она может «сбросить» в своего рода «облако» частиц, окружающее сингулярность. Такая система даже получила название «гравитационный атом» — из-за неожиданного сходства с электронным облаком, локализованном в пространстве вокруг протона.
При этом «улетать» будут прежде всего самые легкие из частиц, что дает ученым уникальную возможность их поймать. А целью номер один станут гипотетические сверхлегкие бозоны. Эти частицы, потенциально способны разрешить целый ряд существующих в науке загадок — от квантового уровня до космологического. Потенциально потому, что пока никому не удалось их найти. Но теперь ситуация сможет измениться. Особенно в свете открытия того факта, что «облако» вокруг черной дыры способно «перескакивать» между разными энергетическими состояниями — почти как электрон, меняющий орбиталь.
В новой работе нашлось место и такому явлению, как ионизация «гравитационных атомов», при которой часть облака излучается наружу. Объединив все новейшие открытия в одну модель, команда физиков фактически сформулировала «техзадание» — что можно и нужно извлечь из наблюдений за столкновениями черных дыр. Всего может существовать два потенциальных сценария, и оба — чрезвычайно интересные.
Первый из них — вращение черной дыры и ее облака в противоположных направлениях. Тогда последнее сохранится в состоянии сверхизлучения и будет активно ионизировать космос вокруг. В любом другом случае облако при слиянии будет разрушено, и тогда орбита двойной системы приобретет весьма специфические эксцентриситет и наклон — а информацию об этом донесут гравитационные волны. Другими словами, в руках ученых оказался полноценный инструмент по поиску новых частиц — или через ионизацию, или через аномалии в орбите «гравитационных атомов». Поэтому не исключено, что уже в ближайшем будущем сверхлегкие бозоны будут фактически найдены.
