Los astrofísicos buscan señales de ondas gravitacionales de las nubes de luz bosónicas

Las teorías más allá de la física del modelo estándar permiten producir bosones ligeros Partículas hipotéticas de menos de una milmillonésima masa de un electrón pueden formar parte o toda la materia oscura. Si existen tales partículas subatómicas, pueden aparecer alrededor de agujeros negros en rotación debido a fluctuaciones cuánticas. en un papel Publicado esta semana en el servidor de preprint arXiv.org, los astrofísicos de LIGO Science Collaboration, Virgo Collaboration y KAGRA Collaboration describen la primera búsqueda integral en todo el cielo de señales de ondas gravitacionales casi monocromáticas de larga duración emitidas por un escalar extremadamente ligero bosón alrededor de las nubes Agujeros negros rotativos utilizando datos de la tercera serie de observación Detectores LIGO avanzados.

La impresión de un artista de un agujero negro en rotación. Crédito de la imagen: Sci-News.com.

“Nuestro estudio es el primer sondeo celestial completo del mundo diseñado para buscar ondas gravitacionales predichas provenientes de posibles nubes de bosones cerca de agujeros negros que giran rápidamente”, dijo la Dra. Lily Sun, astrofísica del Centro de Excelencia ARC para la Detección de Ondas Gravitacionales. (OzGrav) en la Universidad Nacional de Australia.

Es casi imposible detectar estas partículas de bosones ligeras en la Tierra. Estas partículas, si las hay, tienen una masa muy pequeña y rara vez interactúan con otra materia, una de las principales propiedades que parece tener la materia oscura “.

“Al buscar ondas gravitacionales que emanan de estas nubes, podemos rastrear las esquivas partículas de bosones y posiblemente descifrar el código de la materia oscura”.

“Nuestras búsquedas también podrían permitirnos descartar algunos bosones muy ligeros que nuestras teorías dicen que pueden existir pero en realidad no”.

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Los detectores de ondas gravitacionales de LIGO han permitido a los investigadores examinar la energía de los agujeros negros que giran rápidamente extraídos de tales nubes, si existen.

“Creemos que estos agujeros negros atrapan una gran cantidad de bosones en su fuerte campo gravitacional, lo que hace que formen una nube a la que aclimatarse”, dijo el Dr. Sun.

“Esta delicada danza continúa durante millones de años y continúa generando ondas gravitacionales que atraviesan el espacio”.

Si bien el equipo aún tiene que detectar las ondas gravitacionales de las nubes bosonianas, la ciencia de las ondas gravitacionales ha “abierto puertas que antes estaban cerradas a los científicos”.

“Los descubrimientos de ondas gravitacionales no solo proporcionan información sobre los misteriosos objetos compactos del universo, como los agujeros negros y las estrellas de neutrones, sino que también nos permiten buscar nuevas partículas y materia oscura”, dijo el Dr. Sun.

Los futuros detectores de ondas gravitacionales sin duda abrirán más posibilidades. Podremos llegar a las profundidades del universo y descubrir más ideas sobre estas partículas “.

“Por ejemplo, el descubrimiento de nubes bosonianas utilizando detectores de ondas gravitacionales aportaría conocimientos importantes sobre la materia oscura y ayudaría a avanzar en otras búsquedas de materia oscura. También mejorará nuestra comprensión de la física de partículas a mayor escala”.

En otro descubrimiento importante, el estudio también arroja más luz sobre la posibilidad de la existencia de nubes bosónicas en nuestra Vía Láctea al tener en cuenta sus edades.

“La fuerza de cualquier onda gravitacional depende de la edad de la nube, y las ondas más viejas envían señales más débiles”, dijo el Dr. Sun.

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“La nube de bosones se está reduciendo porque pierde energía al enviar ondas gravitacionales”.

“Hemos aprendido que es poco probable que se encuentre cierto tipo de nube de bosones de menos de 1.000 años en cualquier lugar de nuestra galaxia, mientras que es poco probable que se encuentren nubes de hasta 10 millones de años a unos 3260 años luz de la Tierra”.

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NS. Abbott y otros. (Colaboración científica LIGO, Colaboración Virgo, Colaboración KAGRA). 2021. Una búsqueda en todo el cielo de la emisión de ondas gravitacionales de las nubes de bosones escalares alrededor de los agujeros negros giratorios en los datos de LIGO O3. arXiv: 2111.15507

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