Att observera "skaka" av sammanslagning av svarta hål hjälper forskare att ta reda på om det finns axioner, ultralätt partiklar av mörk materia eller andra kandidater för rollen som "naturens sjätte kraft." Detta är slutsatsen som astronomer nådde som publicerade en artikel i tidskriften Physical Review D.
Under lång tid trodde forskare att universum består av den materia som vi ser och som utgör grunden för alla stjärnor, svarta hål, nebulosor, dammkluster och planeter. Men de första observationerna av stjärnornas rörelsehastighet i närliggande galaxer visade att stjärnorna i deras utkanter rör sig i dem med en omöjligt hög hastighet, vilket var ungefär 10 gånger högre än beräkningarna baserade på massorna av alla stjärnorna i dem visade.
Anledningen till detta, enligt forskare idag, var den så kallade mörka materien - ett mystiskt ämne, som står för cirka 75% av materialmassan i universum. Vanligtvis har varje galax cirka 8-10 gånger mer mörk materia än sin synliga kusin, och denna mörka materie håller stjärnorna på plats och hindrar dem från att spridas.
Idag är nästan alla forskare övertygade om existensen av mörk materia, men dess egenskaper, förutom dess uppenbara gravitationspåverkan på galaxer och galaxkluster, förblir ett mysterium och ett föremål för kontrovers bland astrofysiker och kosmologer. Under lång tid antog forskare att det var sammansatt av superheavy och "kalla" partiklar - "wimps", som inte visar sig på något sätt, utom för att locka synliga kluster av materia.
Den misslyckade sökningen efter "WIMPs" under de senaste två decennierna har fått många teoretiker att tro att mörk materia faktiskt kan vara "lätt och fluffig" och bestå av så kallade axioner - ultralätta partiklar som liknar massa och egenskaper som neutrino. Deras första sökning slutade också förgäves, vilket gör detta osynliga ämne ännu mer mystiskt.
Baumann och hans kollegor har formulerat ett mycket oortodokt sätt att hitta dessa partiklar genom att studera vad som händer i närheten av ett par roterande svarta hål som förbereder sig för att smälta samman.
Som forskarna noterade kommer deras rörelse att ha en speciell effekt på strukturen i den omgivande rymdtiden, bidra till uppkomsten av axioner och andra ultralättpartiklar och förhindra deras ömsesidiga förintelse och självförstörelse.
Som ett resultat kommer de svarta hålen att omges av en slags "atmosfär" eller "moln" av axioner, som forskare kallar denna struktur. Det kommer att bete sig som en konstgjord atom, bromsa deras rörelse, avge gravitationsvågor och på ett speciellt sätt påverka processen för deras sammanslagning.
Kampanjvideo:
Detta inflytande kommer i sin tur särskilt att uttalas under det så kallade "jittery" - en speciell fas i livet för ett nyfött svart hål, när det dumpar överskotts rotationsenergi i form av gravitationsvågor. För närvarande ser det inte ut som en perfekt boll, utan som en långsträckt eller utsträckt ellips, som gradvis får en "normal" form.
Som beräkningarna av Baumann och hans kollegor visar, om axioner eller andra ljuspartiklar existerar, kommer deras moln plötsligt att försvinna efter sammanslagningen och under början av "jitter", försvagas gravitationsvågorna som genereras av denna process och introducerar unika snedvridningar i dem.
Kan sådana svängningar hittas? Markbaserade gravitationsteleskop som LIGO och ViRGO enligt astrofysiker är osannolikt att kunna lösa detta problem, eftersom det skulle kräva att man hittar ett par svarta hål i Vintergatan, mycket nära sammanslagning. Detta är mycket osannolikt.
Å andra sidan bör det observationsorganet LISA, som kan spåra supermassiva svarta hål i andra galaxer, kunna hantera denna uppgift och hitta spår av alla möjliga ljuspartiklar.
Om denna idé rättfärdigar sig, så kommer sådana par svarta hål, som forskare tror, att bli en slags "gravitationscolliders" som kan verkligen leta efter "ny fysik" utöver standardmodellen.
