Вращающиеся черные дыры помогут найти частицы темной материи
Сверхлегкие бозоны — одни из кандидатов на роль частиц темной материи. В новой работе ученые сузили диапазон масс этих частиц, и теперь их будет легче обнаружить
На роль частиц темной материи астрофизики предложили множество кандидатов. Одним из них являются сверхлегкие бозоны — элементарные частицы с малой массой и целочисленным спином. Если бы эти частицы существовали, то они могли бы объяснить существование темной материи. Согласно предсказаниям квантовой теории, черная дыра определенной массы должна притягивать облака сверхлегких бозонов, которые, в свою очередь, должны коллективно замедлять вращение черной дыры.
Если сверхлегкие бозоны существуют, то все черные дыры определенной массы должны иметь относительно низкие скорости вращения. Но в новой работе ученые обнаружили, что две ранее найденные черные дыры вращаются слишком быстро, чтобы на них могли воздействовать сверхлегкие бозоны. Согласно расчетам исследователей, их открытие исключает существование частиц этого класса с массами от 1.3x10-13 до 2.7x10-13 электронвольт.
Сузить диапазон масс кандидатов на роль темной материи физикам удалось при помощи данных, полученных интерферометрами LIGO и Virgo. Для начала авторы отобрали 45 систем из двух черных дыр, вращающихся друг вокруг друга. Массы этих кандидатов — от 10 до 70 солнечных — вполне допускали взаимодействия со сверхлегкими бозонами. Из этого списка ученые отобрали два объекта, скорость вращения которых в теории была идеальной для определения влияния сверхлегких бозонов.
Но оказалось, что максимальная скорость вращения этих объектов выше, чем предсказывали расчеты, учитывающие замедление частицами с массами от 1.3x10-13 до 2.7x10-13 электронвольт. Если бы такие черные дыры взаимодействовали с бозонами, их скорость должна была быть вдвое ниже. Ученые планируют дальше анализировать данные гравитационно-волновых детекторов, чтобы приблизиться к разгадке тайны темной материи.
Статья опубликована в журнале Physical Review D.