Fusões de buracos negros podem estar escondendo novas partículas misteriosas

A união de buracos negros pode revelar novas partículas por meio de ondas gravitacionais, seja através da ionização ou de mudanças específicas nas órbitas. Isso oferece novas maneiras de procurar por partículas ultraleves.

Cientistas propõem que a fusão de buracos negros pode ajudar a descobrir novas partículas por meio da análise de ondas gravitacionais, fornecendo uma nova abordagem para a detecção de partículas. Crédito: SciTechDaily.com 

Em um artigo publicado recentemente, físicos das universidades de Amsterdã e Copenhague sugerem que a observação detalhada de pares de buracos negros que se fundem pode trazer informações sobre novas partículas em potencial. A pesquisa se baseia em descobertas feitas por cientistas de Amsterdã nos últimos seis anos.

Quando dois buracos negros se fundem, eles emitem ondas gravitacionais que carregam informações detalhadas sobre a forma e a evolução das órbitas dos buracos negros. Um novo estudo por físicos Giovanni Maria Tomaselli e Gianfranco Bertone, da Universidade de Amsterdã, juntamente com Thomas Spieksma, sugere que uma análise cuidadosa dessas informações pode revelar a existência de novas partículas na natureza.

Superradiância:

O mecanismo que possibilita a detecção de novas partículas é chamado de superradiância de buracos negros. Quando um buraco negro gira rápido o suficiente, ele pode perder parte de sua massa para formar uma “nuvem” de partículas ao redor dele. Esse sistema de buraco negro e nuvem é chamado de “átomo gravitacional” porque se parece com o que acontece com os elétrons ao redor de um próton em um átomo.

A superradiância só é eficiente se as partículas forem muito mais leves do que aquelas que já foram medidas em experimentos, o que cria uma oportunidade única para investigar a existência de novas partículas chamadas bosons ultraleves. A presença dessas partículas pode ajudar a resolver alguns mistérios na astrofísica, cosmologia e física de partículas.

Evolução Orbital dos Buracos Negros:

Os cientistas de Amsterdã vêm estudando como as órbitas de buracos negros binários (ou seja, pares de buracos negros) evoluem quando há nuvens de bosons ultraleves presentes. Uma descoberta importante foi o fenômeno chamado de “transições ressonantes”, onde a nuvem “salta” de um estado para outro, parecido com o que acontece com elétrons em átomos.

Outro fenômeno interessante é a “ionização”, onde parte da nuvem é expulsa. Ambos esses efeitos deixam marcas características nas ondas gravitacionais que são emitidas, mas os detalhes dessas marcas ainda dependem do estado desconhecido da nuvem de partículas. O novo estudo combina os resultados anteriores e analisa a história do sistema desde a formação do buraco negro binário até a fusão.

Duas Possibilidades:

Os cientistas concluíram que há dois resultados possíveis para a evolução desse sistema. Ambos são muito interessantes:

1. Rotação Oposta: Se os buracos negros e a nuvem estiverem girando em direções opostas, a nuvem sobrevive no estado original criado pela superradiância, e ela pode ser detectada pela ionização, que deixa uma assinatura clara nas ondas gravitacionais.

2. Transições Ressonantes: Em todos os outros casos, as transições ressonantes destroem a nuvem completamente, e a órbita do sistema adquire valores específicos de excentricidade e inclinação, que podem ser medidos nas ondas gravitacionais.

Portanto, o novo resultado oferece uma estratégia de busca para novas partículas. Podemos detectar as partículas por meio dos efeitos de ionização nas ondas gravitacionais ou pela observação de sistemas com os valores previstos de excentricidade e inclinação. As próximas observações detalhadas de ondas gravitacionais vão trazer informações interessantes sobre a existência dessas partículas ultraleves.

Fonte: scitechdaily.com