Учёные предложили новый метод поиска аксионов возле чёрных дыр

Исследователи разработали новый подход к поиску аксионов — гипотетических частиц, которые могут составлять тёмную материю. В соответствии с недавней работой, следы обширных квантовых облаков, образующихся вокруг быстро вращающихся чёрных дыр, могут проявляться в изменениях движения звёзд и особенностях гравитационных волн. Эту информацию сообщает издание Новая Наука.

Аксионы считаются одними из основных кандидатов на роль частиц тёмной материи. Хотя их существование ещё не подтверждено, теория предполагает, что эти крайне лёгкие частицы могут формировать крупные скопления вокруг вращающихся чёрных дыр благодаря явлению, известному как сверхрадиантная нестабильность.

Быстро вращающаяся чёрная дыра может передавать часть своей энергии аксионному полю, в результате чего вокруг неё формируется своеобразное «облако» из квантовых частиц, размеры которого могут превышать размеры самой чёрной дыры в миллионы раз.

Учёные исследовали, как такие аксионные облака могут воздействовать на окружающее пространство. Расчёты показывают, что дополнительная масса вокруг чёрной дыры может изменять гравитационное поле и оставлять наблюдаемые следы.

Одним из возможных признаков являются изменения орбит звёзд, находящихся вблизи чёрной дыры. Если вокруг неё имеется плотное аксионное облако, траектории звёзд могут незначительно отличаться от предсказаний стандартной общей теории относительности для одиночной чёрной дыры.

Другим методом поиска могут стать гравитационные волны. Аксионные облака способны влиять на движение двойных систем, состоящих из чёрной дыры и другого компактного объекта, что может изменять частоту и форму сигнала, регистрируемого детекторами гравитационных волн.

Особый интерес представляют будущие космические и наземные обсерватории, такие как LISA, Einstein Telescope и Cosmic Explorer. Их высокая чувствительность позволит исследовать гораздо более слабые эффекты вблизи чёрных дыр.

Авторы исследования подчеркивают, что аксионные облака могут стать уникальными «лабораториями новой физики». В отличие от традиционных экспериментов на Земле, вблизи горизонта событий чёрных дыр природа создаёт экстремальные условия, позволяющие проверить существование частиц с очень малыми массами и необычными свойствами.

Тем не менее, исследование остаётся теоретическим. Аксионы ещё не обнаружены, а предложенные эффекты требуют дальнейших наблюдений. Если такие облака действительно существуют, они могут помочь разгадать тайну тёмной материи и выявить отклонения от известных физических законов.

Работа опубликована в виде препринта на arXiv.