Osservare la "scossa" della fusione dei buchi neri aiuterà gli scienziati a capire se ci sono assioni, particelle ultraleggere di materia oscura o altri candidati per il ruolo della "sesta forza della natura". Questa è la conclusione raggiunta dagli astronomi che hanno pubblicato un articolo sulla rivista Physical Review D.
Per molto tempo gli scienziati hanno creduto che l'universo fosse costituito dalla materia che vediamo e che costituisce la base di tutte le stelle, buchi neri, nebulose, ammassi di polvere e pianeti. Ma le prime osservazioni della velocità di movimento delle stelle nelle galassie vicine hanno mostrato che le stelle alla loro periferia si muovono in esse a una velocità incredibilmente alta, che era circa 10 volte superiore a quella mostrata dai calcoli basati sulle masse di tutte le stelle in esse contenute.
La ragione di ciò, secondo gli scienziati odierni, era la cosiddetta materia oscura, una sostanza misteriosa, che rappresenta circa il 75% della massa della materia nell'Universo. Tipicamente, ogni galassia ha circa 8-10 volte più materia oscura della sua cugina visibile, e questa materia oscura tiene le stelle al loro posto e impedisce loro di disperdersi.
Oggi quasi tutti gli scienziati sono convinti dell'esistenza della materia oscura, ma le sue proprietà, oltre alla sua ovvia influenza gravitazionale sulle galassie e sugli ammassi di galassie, rimangono un mistero e oggetto di controversia tra astrofisici e cosmologi. Per molto tempo, gli scienziati hanno pensato che fosse composto da particelle superpesanti e "fredde" - "wimps", che non si manifestano in alcun modo, tranne che per attirare ammassi visibili di materia.
La ricerca infruttuosa di "WIMP" negli ultimi due decenni ha portato molti teorici a credere che la materia oscura possa effettivamente essere "leggera e soffice" e consistere nei cosiddetti assioni - particelle ultraleggere simili per massa e proprietà ai neutrini. Anche la loro prima ricerca si è conclusa invano, il che rende questa sostanza invisibile ancora più misteriosa.
Baumann ei suoi colleghi hanno formulato un modo altamente non ortodosso per cercare queste particelle studiando cosa sta accadendo in prossimità di una coppia di buchi neri rotanti che si preparano a fondersi l'uno con l'altro.
Come hanno notato gli scienziati, il loro movimento avrà un effetto speciale sulla struttura dello spazio-tempo circostante, contribuendo alla comparsa di assioni e altre particelle ultraleggere e prevenendo il loro reciproco annientamento e autodistruzione.
Di conseguenza, i buchi neri saranno circondati da una sorta di "atmosfera" o "nuvola" di assioni, come gli scienziati chiamano questa struttura. Si comporterà come un atomo artificiale, rallentando il loro movimento, emettendo onde gravitazionali e influenzando in modo speciale il processo della loro fusione.
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Questa influenza, a sua volta, sarà particolarmente pronunciata durante il cosiddetto "nervosismo" - una fase speciale nella vita di un buco nero appena nato, quando scarica l'energia rotazionale in eccesso sotto forma di onde gravitazionali. In questo momento, non sembra una palla perfetta, ma un'ellisse allungata o allungata, acquisendo gradualmente una forma "normale".
Come mostrano i calcoli di Baumann e dei suoi colleghi, se esistono assioni o altre particelle di luce, la loro nuvola scomparirà improvvisamente dopo la fusione e durante l'inizio del "jitter", indebolirà le onde gravitazionali generate da questo processo e introdurrà in esse distorsioni uniche.
Si possono trovare tali fluttuazioni? È improbabile che telescopi gravitazionali a terra come LIGO e ViRGO, secondo gli astrofisici, siano in grado di risolvere questo problema, poiché richiederebbe la ricerca di una coppia di buchi neri nella Via Lattea, molto vicini alla fusione. Questo è altamente improbabile.
D'altra parte, l'osservatorio orbitale LISA, in grado di tracciare buchi neri supermassicci in altre galassie, dovrebbe essere in grado di far fronte a questo compito e trovare tracce di tutte le possibili particelle di luce.
Se questa idea si giustifica da sola, allora tali coppie di buchi neri, come credono gli scienziati, diventeranno per noi una sorta di "collisori gravitazionali", in grado di cercare realmente "nuova fisica" oltre il Modello Standard.
