Výskumníci z univerzity v Amsterdame v novej štúdii vysvetľujú, ako by nám binárne páry čiernych dier mohli pomôcť odhaliť doteraz nepoznané častice.
Keď dve čierne diery obiehajú blízko seba v procese zlučovania, vznikajú gravitačné vlny, deformácie časopriestoru, ktoré dokážeme pomocou špecifických detektorov zachytiť. Tieto gravitačné vlny v sebe ukrývajú detailné informácie o tom, ako sa obežné dráhy oboch čiernych dier postupom času vyvíjali.
Nová štúdia naznačuje, že ak naozaj detailne tieto informácie analyzujeme, potom by sme mohli z nich vyčítať niečo viac o existencii doteraz nepozorovaných častíc v prírode. Autori výskumu vysvetľujú, že nové častice vieme odhaliť prostredníctvom procesu, ktorý nazývame superžiarenie.
“Keď čierna diera rotuje mimoriadne vysokou rýchlosťou, môže sa stať, že odhodí časť svojej hmoty do oblaku častíc okolo seba. Takúto sústavu nazývame gravitačný atóm, pretože sa podobá na elektrónový oblak okolo protónu. Proces je efektívny len v prípade, že sú častice oveľa ľahšie ako tie, ktoré sme doteraz merali pomocou rôznych experimentov,” vysvetľujú autori štúdie.
Jasný signál v gravitačných vlnách
Vedci sa ale domnievajú, že práve cez tento proces by sme mohli odhaliť existenciu častíc, ktoré sa označujú ako ultraľahké bozóny. Ak potvrdíme existenciu týchto častíc, mohli by sme nájsť riešenie na niekoľko záhad v odboroch astrofyziky, kozmológie a časticovej fyziky.
Evolúciu obežných dráh čiernych dier za prítomnosti oblakov ultraľahkých bozónov vedci skúmajú už posledných šesť rokov, pričom v predchádzajúcich vedeckých štúdiách priniesli niekoľko revolučných odhalení. V rámci týchto prác odhalili jeden dôležitý fenomén, takzvané rezonančné prechody. Ide o fenomén, s pomocou ktorého oblak ultraľahkých bozónov preskakuje z jedného stavu na iný. Tento proces je podobný ako keď elektrón v bežnom atóme preskakuje medzi odlišnými orbitami.
Výskumníci narazili aj na ďalší fenomén, ktorý nesie podobnosť so správaním bežného atómu. Ide o proces ionizácie, pri ktorom časť oblaku okolo čiernej diery unikne. Všetky objavené procesy ovplyvňujú to, ako budú výsledné gravitačné vlny vyzerať.
Autori štúdie vo svojej novej práci zistili, že binárna sústava čiernych dier, ktoré majú okolo seba oblaky ultraľahkých bozónov, sa môžu vyvinúť dvoma odlišnými spôsobmi, pričom oba sú rovnako fascinujúce.
Môže sa stať, že ak čierne diery a ich príslušné oblaky rotujú v opačnom smere, oblak prežije vo svojom originálnom stave a stane sa pozorovateľným cez proces ionizácie. To zanechá na gravitačných vlnách jasne čitateľný podpis. V opačnom prípade rezonančné prechody zničia celý oblak a obežné dráhy oboch čiernych dier získajú mimoriadne špecifickú stopu na ich obežných dráhach. Aj to vedia výskumníci jasne vyčítať z gravitačných vĺn.
Autori štúdie vo svoje práci prinášajú novú a jasnú stratégiu pre odhalenie existencie nových častíc. Pri oboch spôsoboch dostávame jasný signál zakódovaný v gravitačných vlnách, ktoré vieme zachytiť a analyzovať. Výskumníci vysvetľujú, že už stačí len zachytiť špecifické gravitačné vlny, ktoré pochádzajú z binárnych systémov čiernych dier.
Čierne diery ako unikátny výskumný nástroj
Čierne diery považujeme za najzvláštnejšie objekty, aké vo vesmíre existujú. Ich gravitácia je tak silná, že čokoľvek prejde ich horizontom udalosti, už nemá šancu nikdy vyjsť von, dokonca ani svetlo. Výskumníci v poslednej dobe začali využívať čierne diery na výskum rôznych kozmických fenoménov.
Napríklad výskumníci z University of Zurich v novej práci vysvetľujú, ako by sme pomocou menších čiernych dier mohli objaviť páry gigantických supermasívnych čiernych dier v jadrách galaxií. Aj vďaka tomu by mohli prísť na kĺb jednej z najväčších kozmických záhad. Viac o tom, ako vedci po supermasívnych čiernych dierach pátrajú píšeme v tomto článku.
