Het observeren van de "schok" van samensmeltende zwarte gaten zal wetenschappers helpen erachter te komen of er axions, ultralichte deeltjes van donkere materie of andere kandidaten zijn voor de rol van "de zesde kracht van de natuur". Dit is de conclusie van astronomen die een artikel publiceerden in het tijdschrift Physical Review D.
Wetenschappers geloofden lange tijd dat het universum bestaat uit de materie die we zien en die de basis vormt van alle sterren, zwarte gaten, nevels, stofclusters en planeten. Maar de eerste waarnemingen van de bewegingssnelheid van sterren in nabije sterrenstelsels toonden aan dat de sterren aan hun rand erin bewegen met een onmogelijk hoge snelheid, die ongeveer 10 keer hoger was dan berekeningen op basis van de massa van alle sterren erin.
De reden hiervoor was, volgens wetenschappers van vandaag, de zogenaamde donkere materie - een mysterieuze substantie die goed is voor ongeveer 75% van de massa van materie in het heelal. Typisch heeft elk sterrenstelsel ongeveer 8-10 keer meer donkere materie dan zijn zichtbare neef, en deze donkere materie houdt de sterren op hun plaats en voorkomt dat ze zich verspreiden.
Tegenwoordig zijn bijna alle wetenschappers overtuigd van het bestaan van donkere materie, maar de eigenschappen ervan, naast de duidelijke gravitatie-invloed op sterrenstelsels en clusters van sterrenstelsels, blijven een mysterie en een onderwerp van controverse onder astrofysici en kosmologen. Wetenschappers hebben lange tijd aangenomen dat het is samengesteld uit superzware en ‘koude’ deeltjes - ‘watjes’ die zich op geen enkele manier manifesteren, behalve door zichtbare clusters van materie aan te trekken.
De mislukte zoektocht naar "WIMP's" in de afgelopen twee decennia heeft veel theoretici ertoe gebracht te geloven dat donkere materie eigenlijk "licht en donzig" kan zijn en bestaat uit zogenaamde axions - ultralichte deeltjes die qua massa en eigenschappen vergelijkbaar zijn met neutrino's. Ook hun eerste zoektocht eindigde tevergeefs, wat deze onzichtbare substantie nog mysterieuzer maakt.
Baumann en zijn collega's hebben een hoogst onorthodoxe manier geformuleerd om deze deeltjes te vinden door te bestuderen wat er gebeurt in de buurt van een paar roterende zwarte gaten die zich voorbereiden om met elkaar samen te smelten.
Zoals de wetenschappers opmerkten, zal hun beweging een speciaal effect hebben op de structuur van de omringende ruimte-tijd, wat bijdraagt aan het verschijnen van axions en andere ultralichte deeltjes, en hun wederzijdse vernietiging en zelfvernietiging voorkomen.
Als gevolg hiervan zullen de zwarte gaten worden omgeven door een soort "atmosfeer" of "wolk" van axions, zoals wetenschappers deze structuur noemen. Het zal zich gedragen als een kunstmatig atoom, hun beweging vertragen, zwaartekrachtsgolven uitzenden en op een speciale manier het proces van hun samensmelting beïnvloeden.
Promotie video:
Deze invloed zal op zijn beurt vooral uitgesproken worden tijdens de zogenaamde "zenuwachtigheid" - een speciale fase in het leven van een pasgeboren zwart gat, wanneer het overtollige rotatie-energie in de vorm van zwaartekrachtgolven stort. Op dit moment ziet het er niet uit als een perfecte bal, maar als een langwerpige of uitgerekte ellips, die geleidelijk een "normale" vorm krijgt.
Zoals de berekeningen van Baumann en zijn collega's aantonen, als er axions of andere lichtdeeltjes bestaan, dan zal hun wolk abrupt verdwijnen na de fusie en tijdens het begin van "jitter", de zwaartekrachtsgolven verzwakken die door dit proces worden gegenereerd en unieke vervormingen in hen introduceren.
Zijn dergelijke fluctuaties te vinden? Volgens astrofysici zullen op de grond gebaseerde zwaartekrachttelescopen zoals LIGO en ViRGO dit probleem waarschijnlijk niet kunnen oplossen, omdat hiervoor een paar zwarte gaten in de Melkweg moeten worden gevonden, die bijna samenvloeien. Dit is hoogst onwaarschijnlijk.
Aan de andere kant zou het orbitale observatorium LISA, dat in staat is om superzware zwarte gaten in andere sterrenstelsels te volgen, deze taak aankunnen en sporen van alle mogelijke lichtdeeltjes kunnen vinden.
Als dit idee zichzelf rechtvaardigt, zullen dergelijke paren zwarte gaten, zoals wetenschappers denken, voor ons een soort "gravitationele botsers" worden, die in staat zijn om daadwerkelijk naar "nieuwe fysica" te zoeken buiten het standaardmodel om.
