Учёные предложили новый способ найти тёмную материю возле чёрных дыр
Учёные предложили новый способ поиска аксионов — гипотетических частиц, которые могут быть частью тёмной материи. Согласно новой работе, следы огромных квантовых облаков вокруг быстро вращающихся чёрных дыр могут проявляться в движении звёзд и особенностях гравитационных волн.
Аксионы — одни из главных кандидатов на роль частиц тёмной материи. Их существование пока не подтверждено, однако теория предсказывает, что эти чрезвычайно лёгкие частицы могут образовывать крупные скопления вокруг вращающихся чёрных дыр благодаря процессу, известному как сверхрадиантная нестабильность.
Быстро вращающаяся чёрная дыра способна отдавать часть своей энергии аксионному полю. В результате вокруг неё постепенно формируется своеобразное «облако» из квантовых частиц, размеры которого могут превышать размеры самой чёрной дыры в миллионы раз.
Исследователи изучили, как такие аксионные облака могут влиять на окружающее пространство. Расчёты показывают, что дополнительная масса вокруг чёрной дыры способна изменять гравитационное поле и оставлять наблюдаемые следы.
Одним из возможных признаков могут стать изменения орбит звёзд, вращающихся рядом с чёрной дырой. Если вокруг неё существует плотное аксионное облако, траектории звёзд могут немного отличаться от предсказаний стандартной общей теории относительности для одиночной чёрной дыры.
Другим способом поиска могут стать гравитационные волны. Аксионные облака способны влиять на движение двойных систем, состоящих из чёрной дыры и другого компактного объекта. Это может менять частоту и форму сигнала, который регистрируют детекторы гравитационных волн.
Особый интерес представляют будущие космические и наземные обсерватории, включая LISA, Einstein Telescope и Cosmic Explorer. Их чувствительность позволит изучать гораздо более слабые эффекты возле чёрных дыр.
Авторы работы отмечают, что аксионные облака могут стать своеобразными «лабораториями новой физики». В отличие от обычных экспериментов на Земле, возле горизонта событий чёрных дыр природа создаёт экстремальные условия, где можно проверить существование частиц с очень малыми массами и необычными свойствами.
Однако исследование пока остаётся теоретическим. Аксионы ещё не обнаружены, а предложенные эффекты требуют будущих наблюдений. Если такие облака действительно существуют, они могут одновременно помочь решить загадку тёмной материи и открыть отклонения от известных физических законов.
Исследование в виде препринта на arXiv.