Una stella (arancione) che si avvicina a un buco nero supermassiccio (nero) può essere disturbata dalle maree dalla forte attrazione gravitazionale del buco nero. Secondo un nuovo studio, se esistono bosoni ultraleggeri (viola), possono influenzare lo spin del buco nero, che a sua volta influisce sulla velocità con cui si verificano gli eventi di interruzione delle maree. Credito:Peizhi Du
Gran parte della materia nell'universo rimane sconosciuta e indefinita, tuttavia i fisici teorici continuano a ottenere indizi sulle proprietà della materia oscura e dei buchi neri. Uno studio condotto da un team di scienziati di cui tre della Stony Brook University propone un nuovo metodo per cercare nuove particelle non attualmente contenute nel modello standard della fisica delle particelle. Il loro metodo, pubblicato su Nature Communications , potrebbe far luce sulla natura della materia oscura.
I tre autori di Stony Brook includono Rouven Essig, Ph.D., Professore al C.N. Yang Institute for Theoretical Physics (YITP); Rosalba Perna, Ph.D., Professore presso il Dipartimento di Fisica e Astronomia, e Peizhi Du, Ph.D., ricercatrice post-dottorato presso l'YITP.
Le stelle che passano vicino ai buchi neri supermassicci situati al centro delle galassie possono essere interrotte dalle forze di marea, portando a bagliori che vengono osservati come luminosi eventi transitori nelle indagini del cielo. La velocità con cui si verificano questi eventi dipende dagli spin del buco nero, che a sua volta può essere influenzato da bosoni ultraleggeri (ipotetiche particelle con masse minuscole) a causa della superradianza. Il team di ricerca ha eseguito un'analisi dettagliata di questi effetti e ha scoperto che le ricerche sulle interruzioni delle maree stellari hanno il potenziale per scoprire l'esistenza di bosoni ultraleggeri.
Secondo il coautore Rouven Essig, il team ha dimostrato che, a causa della dipendenza dei tassi di interruzione stellare dallo spin del buco nero e dato che i bosoni ultraleggeri influenzano in modo univoco tali spin a causa dell'instabilità superradiante, le misurazioni del tasso di interruzione delle maree stellari possono essere utilizzato per sondare queste nuove particelle.
Inoltre, i ricercatori suggeriscono che con l'enorme set di dati sulle interruzioni delle maree stellari fornito dall'Osservatorio di Vera Rubin, questi dati, in combinazione con il lavoro dei ricercatori, possono essere utilizzati per scoprire o escludere una varietà di modelli di bosoni ultraleggeri su un'ampia regioni dello spazio dei parametri.
La loro analisi indica anche che le misurazioni dei tassi di interruzione delle maree stellari possono essere utilizzate per vincolare una varietà di distribuzioni di spin dei buchi neri supermassicci e determinare se sono preferiti gli spin vicini al massimo.
"Le potenziali implicazioni delle nostre scoperte sono profonde. La scoperta di nuovi bosoni ultraleggeri nelle indagini sull'interruzione delle maree stellari sarebbe rivoluzionaria per la fisica fondamentale", afferma Essig.
"Queste nuove particelle potrebbero essere la materia oscura, e quindi il lavoro potrebbe aprire finestre su un settore oscuro complesso che suggerisce descrizioni più fondamentali della natura come la teoria delle stringhe. La nostra proposta potrebbe avere anche altre applicazioni, come misurazioni del buco nero supermassiccio gli spin possono essere utilizzati per studiare la storia della formazione del buco nero", afferma Rosalba Perna.
"E alla fine, se queste nuove particelle esisteranno, influenzeranno il modo in cui le stelle che si avvicinano a un buco nero supermassiccio vengono interrotte dalla forte attrazione gravitazionale del buco nero", aggiunge Peizhi. + Esplora ulteriormente
