Физики предложили новый метод, позволяющий искать аксионы — гипотетические частицы, вероятно составляющие тёмную материю. По данным препринта, о существовании таких частиц могут свидетельствовать гигантские квантовые облака, которые образуются вокруг чёрных дыр с высоким вращением. Наблюдаемые следы при этом видны в орбитальном движении звёзд и в сигналах гравитационных волн. Эту информацию сообщает издание Самара онлайн 24.
Аксионы остаются лишь теоретическими объектами. Считается, что эти сверхлёгкие частицы накапливаются у вращающегося объекта благодаря эффекту сверхрадиантной нестабильности. Чёрная дыра при этом делится с полем частиц своей энергией, из-за чего вокруг неё формируется облако, способное превосходить саму дыру по размерам в миллионы раз.
Облако создаёт дополнительную массу и меняет гравитацию вблизи дыры. Из-за этого звёзды рядом с ней движутся по орбитам, слегка отклоняющимся от классической картины одиночной чёрной дыры в общей теории относительности. Аналогичный эффект должен сказываться на двойных системах, меняя частоту и форму регистрируемых гравитационных волн.
Для проверки этих прогнозов нужны инструменты нового поколения — LISA, Einstein Telescope и Cosmic Explorer. Авторы работы называют аксионные облака «природными лабораториями новой физики»: у горизонта событий возникают экстремальные условия, позволяющие изучать очень лёгкие частицы с необычными характеристиками.
Пока исследование остаётся теоретическим — аксионы ещё не открыты, а предсказанные эффекты ждут наблюдательного подтверждения. Препринт работы размещён на arXiv.