Квантовый феномен: аксионы темной материи деформируют структуру пространства-времени

Темная материя может «звенеть», отзываясь на вращение черных дыр.

Ученые предполагают, что темная материя, состоящая из аксионов, может вызывать вибрации пространства-времени, если ей удается заимствовать энергию у черных дыр. Аксионы , предложенные еще десятилетия назад для объяснения особенностей сильного взаимодействия, до сих пор не обнаружены экспериментально. Однако их трудноуловимость делает их подходящими кандидатами для темной материи, которая почти не взаимодействует с обычной материей.

Если темная материя действительно состоит из аксионов или родственных им частиц, она обладает необычными свойствами. Эти частицы могут быть невероятно легкими — в миллиард раз меньше массы электрона. Такое малое значение массы предполагает, что они ведут себя скорее как волны, чем как частицы, особенно в масштабах космоса.

Одно из проявлений этой волновой природы может наблюдаться возле вращающихся черных дыр. Через процесс, известный как суперрадиация , темная материя способна забирать угловой момент у черной дыры, что препятствует ее падению за горизонт событий. Вместо этого аксионы формируют невидимую оболочку вокруг черной дыры.

Когда вся доступная энергия черной дыры исчерпана, темная материя начинает испаряться, вызывая вибрации пространства-времени. Эти колебания создают мощные гравитационные волны, которые отличаются от волн, возникающих при слиянии черных дыр. Несмотря на меньшую силу, такие волны могут быть обнаружены современными и планируемыми гравитационно-волновыми обсерваториями благодаря их специфической частоте.

Теперь группа ученых заявила, что черные дыры могут стать идеальным испытательным стендом для изучения одного из кандидатов на роль темной материи — аксионов. Результаты их работы представлены в статье , опубликованной в октябре в базе данных препринтов arXiv.

Исследователи предлагают тщательно изучить существующие данные на предмет следов подобных явлений и адаптировать будущие эксперименты для более точного поиска таких сигналов. Даже если подтверждение не будет найдено, это поможет лучше понять природу темной материи и уточнить методы ее исследования.