Sciencemag.cz
Doporučujeme
Jedním z typů částic představujících kandidáty na temnou hmotu jsou ultralehké bosony, tedy částice s klidovou hmotností menší než miliardtina elektronu. Mezi tento typ bosonů by spadaly i často v této souvislosti zmiňované axiony.
Fyzici z MITu, Utrecht University a Chinese University of Hong Kong se nyní ultralehké bosony pokusili najít pomocí černých děr. Černé díry určité hmotnosti by měly vtahovat mraky těchto částic, což by se projevovalo zpomalováním jejich rotace. Z existence axionů a příbuzných částic by pak vyplývalo, že černé díry příslušné hmotnosti by měly rotovat jen relativně pomalu. Autoři výzkumu ovšem zjistili, že dvě z již dříve detekovaných černých děr se naopak točí velmi rychle. Z toho jim vyšlo, že lze vyloučit existenci ultralehkých bosonů o hmotnostech mezi 1,3 x 10 na -13 eV a 2,7 x 10 na -13 eV. Při výzkumu byla použita data z detektorů LIGO a Virgin. Samotné rozmezí, v němž se hledají ultralehké bosony, je ovšem mnohem širší, od 10 na -33 po 10 na -6 elektronvoltů.
Vlnová délka ultralehkých bosonů popisovaných vlnovou funkcí bude obrovská (poznámka PH: známý paradox: co je lehčí, je „větší“, viz vztah pro hmotnost/energii a vlnovou délku fotonů) a srovnatelná s velikostí samotné černé díry. Kdyby tyto bosony vznikaly z energií nabitého vakua poblíž černé díry, mohly by ji obalovat (tzv. superradiance) a tím zpomalovat její rotaci. Znatelný efekt by tento proces mohl mít už v řádu tisíciletí, což jv astrofyzikálních časových měřítcích znamená prakticky okamžitě. Dostatečně staré černé díry by pak kvůli zpomalujícím účinkům bosonů musely rotovat pomalu, což se ale právě nepotvrdilo. Černé díry GW190412 a GW190517 (lehké, o hmotnostech 10 a 70 Sluncí) se naopak otáčejí rychlostmi blízkými fyzikálnímu limitu. Další výpočty pak mají vylučovat i jiné možné scénáře, tedy že by černou díru opravdu bosony nejprve zpomalily, ale poté by ji např. znovu roztočily interakce s okolním akrečním diskem – prý by to takhle nefungovalo, respektive toto následné roztočení by trvalo příliš dlouho.
Tímto způsobem by mělo jít postupně vylučovat další rozsahy hmotnosti ultralehkých bosonů, stačí vždy najít rychle rotující černou díru a z její hmotnosti pak dopočítat odpovídající „zakázaný“ interval hmotnosti bosonů.
Ken K. Y. Ng et al. Searching for ultralight bosons within spin measurements of a population of binary black hole mergers, Physical Review D (2021). DOI: 10.1103/PhysRevD.103.063010
Zdroj: Massachusetts Institute of Technology – MIT News/Phys.org
