Sciencemag.cz
Doporučujeme
Oblaka ultralehkých částic kolem černých děr by mohla připomínat chování elektronů v atomu. A jak to souvisí s gravitačními vlnami a proč mají být příslušné černé díry navíc binární? Opět jeden z astrofyzikálních výzkumů, nad nímž laik může jen pokývat hlavou, nicméně následuje pokus příslušný chaos termínů a metafor trochu přetlumočit…
Černé díry pohlcují všechny formy hmoty a energie, které je obklopují. Mohou se však také zbavovat části dopadající hmoty/energie prostřednictvím procesu zvaného superradiace. I když je známo, že k tomuto jevu dochází, jeho míra závisí na tom, zda existují nové, dosud nepozorované částice s velmi nízkou hmotností, jak je předpovídá několik teorií, které jdou za standardní model částicové fyziky.
(Rotační) superradiace nemá nic společného s hypotetickým Hawkingovým zářením, i když jde také o způsob, jímž se černé díry zbavují energie. Zde má jít o to, že částice/záření získává energii rozptylem na rotujícím objektu.
Jak uvádí nová studie, respektive průvodní tisková zpráva, kolem rotujících černých děr se tímto způsobem mohou tvořit oblaka ultralehkých částic (asi jakoby z „odebrané“ energie/hmoty?). Fyzikové z Amsterodamské univerzity a Harvardovy univerzity nyní ukázali, že tato mračna by mohla zanechat charakteristický otisk na gravitačních vlnách, které generují binární černé díry.
Jako atom, respektive gravitační atom, označují vědci strukturu kvůli analogii: samotná černá díra je jakoby jádro, mrak bosonů kolem ní připomíná elektrony (ovšem elektrony jsou fermiony, struktura jejich vrstev je dána právě jejich „fermionovou povahou“, tj. vylučovacím principem – čili zase jde o analogii; elektronům s jeho kvantovanými hladinami zde odpovídají celé mraky bosonů).
Daniel Baumann, Gianfranco Bertone a Giovanni Maria Tomaselli z University of Amsterdam a John Stout z Harvard University ve Physical Review Letters uvádějí, že hypotetické částice by mělo jít nepřímo zachytit pomocí budoucích detektorů gravitačních vln (interferometrů podobných dnešním detektorům LIGO a Virgo, ale citlivějším). V systémech dvou černých děr nebo černé díry a neutronové hvězdy může druhý objekt svou gravitací narušit příslušný „atom“ a částice z něj vytrhnout nebo posouvat na vyšší hladiny (částice získají energii na úkor kinetické energie druhého objektu; to se zase popisuje jako analogie fotoelektrického jevu, ionizace, kdy dojde elektrony unikají z atomu absorpcí energie dopadajícího záření).
Z nového výzkumu vyplývá, že tento proces může podstatně změnit vývoj příslušných binárních systémů. Způsobí, že nakonec dojde ke srážce obou objektů (respektive se jejich splynutí výrazně zkrátí, než kdyby žádná oblaka neexistovala). Navíc by to, že/zda oba objekty obklopují oblaka ultralehkých částic, mělo být patrné i ze vzoru gravitačních vln vyvolaných fúzí. (PH: chápu-li dobře, nějaké vzory by zde měly být nespojité/ostré, odpovídající tomu, že v „atomech“ sedí oblaka částic vždy v určitých vzdálenostech, mají určité nespojité energie atd.).
Daniel Baumann et al, Sharp Signals of Boson Clouds in Black Hole Binary Inspirals, Physical Review Letters (2022). DOI: 10.1103/PhysRevLett.128.221102
Zdroj: University of Amsterdam / Phys.org
