Cientistas dão mais um passo teórico para descobrir o mistério da matéria escura, buracos negros

 Uma estrela (laranja) que se aproxima de um buraco negro supermassivo (preto) pode ser perturbada por maré pela forte atração gravitacional do buraco negro. De acordo com um novo estudo, se existem bósons ultraleves (roxos), eles podem afetar a rotação do buraco negro, o que, por sua vez, afeta a taxa na qual ocorrem os eventos de ruptura das marés. Crédito: Peizhi Du

Grande parte da matéria no universo permanece desconhecida e indefinida, mas os físicos teóricos continuam a obter pistas sobre as propriedades da matéria escura e dos buracos negros. Um estudo realizado por uma equipe de cientistas, incluindo três da Stony Brook University, propõe um novo método para procurar novas partículas não contidas atualmente no modelo padrão da física de partículas. Seu método, publicado na Nature Communications , pode esclarecer a natureza da matéria escura.

Os três autores Stony Brook incluem Rouven Essig, Ph.D., Professor do Instituto CN Yang de Física Teórica (YITP); Rosalba Perna, Ph.D., Professora do Departamento de Física e Astronomia, e Peizhi Du, Ph.D., pesquisadora de pós-doutorado no YITP.

As estrelas que passam perto dos buracos negros supermassivos localizados no centro das galáxias podem ser interrompidas por forças de maré , levando a erupções que são observadas como eventos transitórios brilhantes em levantamentos do céu. A taxa para que esses eventos ocorram depende das rotações dos buracos negros, que por sua vez podem ser afetadas por bósons ultraleves (partículas hipotéticas com massas diminutas) devido à superradiância. A equipe de pesquisa realizou uma análise detalhada desses efeitos e descobriu que as pesquisas por interrupções de marés estelares têm o potencial de descobrir a existência de bósons ultraleves.

De acordo com o coautor Rouven Essig, a equipe demonstrou que, devido à dependência das taxas de ruptura estelar na rotação do buraco negro, e dado que os bósons ultraleves afetam exclusivamente essas rotações por causa da instabilidade superradiante, as medições da taxa de interrupção das marés estelares podem ser usado para sondar essas novas partículas.

Além disso, os pesquisadores sugerem que, com o enorme conjunto de dados de rupturas de marés estelares fornecido pelo Observatório Vera Rubin, esses dados em combinação com o trabalho dos pesquisadores podem ser usados ​​para descobrir ou descartar uma variedade de modelos de bósons ultraleves em amplas áreas. regiões do espaço paramétrico.

Sua análise também indica que as medições das taxas de ruptura das marés estelares podem ser usadas para restringir uma variedade de distribuições de spins de buracos negros supermassivos e determinar se os spins próximos ao máximo são preferidos.

"As implicações potenciais de nossas descobertas são profundas. A descoberta de novos bósons ultraleves em pesquisas de perturbação de maré estelar seria revolucionária para a física fundamental ", diz Essig.

"Essas novas partículas podem ser a matéria escura e, assim, o trabalho pode abrir janelas para um complexo setor escuro que sugere descrições mais fundamentais da natureza, como a teoria das cordas. Nossa proposta também pode ter outras aplicações, como medições de buracos negros supermassivos. spins podem ser usados ​​para estudar a história de formação do buraco negro", diz Rosalba Perna.

“E, finalmente, se essas novas partículas existirem, elas afetarão como as estrelas que se aproximam de um buraco negro supermassivo são interrompidas pela forte atração gravitacional do buraco negro”, acrescenta Peizhi.

Fonte: phys.org