En un artículo de investigación publicado carta de revisión física Esta semana, físicos de Ámsterdam y Copenhague sostienen que observaciones más cercanas de pares de agujeros negros fusionados podrían revelar información sobre posibles nuevas partículas. La investigación reúne varios descubrimientos nuevos realizados por científicos de la UvA durante los últimos seis años.
Las ondas gravitacionales emitidas por la fusión de dos agujeros negros contienen información detallada sobre la forma orbital y la evolución del material. Un nuevo estudio realizado por los físicos de la Universidad de Amsterdam (UvA) Giovanni Maria Tomaselli y Gianfranco Bertone, junto con el ex estudiante de maestría de la UvA Thomas Spiksma, ahora en el Instituto Niels Bohr en Copenhague, sugiere que un análisis cuidadoso de estos datos puede revelar la existencia. Nuevas partículas en la naturaleza.
Superrradiancia
El proceso que hace posible la detección de nuevas partículas se llama Súper resplandor del agujero negro. Cuando un agujero negro gira lo suficientemente rápido, puede arrojar parte de su masa a una “nube” de partículas a su alrededor. Los sistemas de nubes y agujeros negros se denominan “átomos gravitacionales” debido a su similitud con las nubes de electrones alrededor de los protones. Debido a que la superradiancia sólo es efectiva cuando las partículas son mucho más ligeras que las medidas en los experimentos hasta ahora, este proceso ofrece una oportunidad única para investigar la existencia de nuevas partículas conocidas como bosones ultraligeros, cuya existencia podría resolver varios enigmas en astrofísica, cosmología y física de partículas. . física
La evolución orbital de los agujeros negros binarios en presencia de nubes de bosones ultraligeros ha sido estudiada por científicos de la UvA en una serie de artículos influyentes durante los últimos seis años. Un nuevo fenómeno importante que se descubrió fueron las transiciones resonantes, en las que las nubes “saltan” de un estado a otro, del mismo modo que un electrón de un átomo ordinario podría saltar entre orbitales. Otro fenómeno nuevo, también similar al comportamiento de los átomos ordinarios, es la ionización, en la que parte de la nube es expulsada. Ambos efectos dejan huellas características en las ondas gravitacionales emitidas, pero los detalles de dichas huellas dependen del estado, hasta ahora desconocido, de la nube de partículas. En un intento por completar estos detalles restantes, el nuevo estudio combina todos los hallazgos anteriores y sigue la historia del sistema desde la formación de agujeros negros binarios hasta la fusión de agujeros negros.
Dos posibilidades
Las principales conclusiones mejoran sustancialmente nuestra comprensión de los átomos gravitacionales binarios. Los investigadores descubrieron que la evolución de dicho sistema tenía dos resultados posibles, ambos igualmente interesantes. Si el agujero negro y la nube inicialmente giran en direcciones opuestas, la nube sobrevive en gran medida en el estado producido por la superradiancia y se vuelve detectable a través de su ionización, lo que deja una clara huella en las ondas gravitacionales. En todos los demás casos, las transiciones resonantes destruyen completamente la nube y la órbita de la binaria adquiere valores muy específicos de excentricidad e inclinación, que pueden medirse a partir de la señal de la onda gravitacional.
Así, el nuevo resultado proporciona una estrategia de búsqueda novedosa y difícil de nuevas partículas, ya sea mediante la detección de efectos de ionización en formas de ondas gravitacionales en un caso, o en el otro mediante una observación adicional inusual de sistemas con valores de emanaciones predichos. Y en ambas tendencias, las próximas observaciones detalladas de ondas gravitacionales revelarán información muy interesante sobre la cuestión de si existen nuevas partículas ultraluminosas.