Учёные представили новый метод поиска тёмной материи возле чёрных дыр

Исследователи разработали новый подход к поиску аксионов — гипотетических частиц, которые могут составлять тёмную материю. В соответствии с недавней работой, следы огромных квантовых облаков, образующихся вокруг быстро вращающихся чёрных дыр, могут проявляться в движении звёзд и особенностях гравитационных волн. Об этом сообщает портал Новая Наука.

Аксионы считаются одними из основных кандидатов на роль частиц тёмной материи. Их существование пока не подтверждено, но теория предполагает, что эти крайне лёгкие частицы могут образовывать большие скопления вокруг вращающихся чёрных дыр благодаря процессу, 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 в миллионы раз превышать размеры самой чёрной дыры.

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 могут стать изменения орбит звёзд, которые вращаются рядом с чёрной дырой. Если вокруг неё существует плотное аксионное облако, траектории звёзд могут немного отличаться от предсказаний стандартной общей теории относительности для одиночной чёрной дыры.

Другим способом поиска могут стать гравитационные волны. Аксионные облака могут 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 изучать гораздо более слабые эффекты, возникающие вблизи чёрных дыр.

Авторы исследования подчеркивают, что аксионные облака могут стать уникальными «лабораториями новой физики». В отличие от обычных экспериментов на Земле, возле 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 до сих пор не обнаружены, и предложенные эффекты требуют будущих наблюдений. Если такие облака действительно существуют, они могут помочь разгадать тайны тёмной материи и выявить отклонения от известных физических законов.

Работа опубликована в виде препринта на arXiv.