De nouvelles preuves de nuages ​​mystérieux en orbite autour de trous noirs

Les ondes gravitationnelles sont des ondulations cosmiques dans le tissu de l’espace et du temps qui émergent d’événements cataclysmiques dans l’espace, tels que la collision de trous noirs et d’étoiles à neutrons – les noyaux effondrés d’étoiles géantes massives. Détecteurs d’ondes gravitationnelles très sensibles sur Terre, tels que Advanced lego Les détecteurs Virgo et Virgo ont détecté avec succès des dizaines de signaux d’ondes gravitationnelles et ont également été utilisés pour rechercher de la matière noire : une forme hypothétique de matière qui représenterait environ 85 % de toute la matière de l’univers. La matière noire peut être constituée de particules qui n’absorbent pas, ne réfléchissent pas ou n’émettent pas de lumière, elles ne peuvent donc pas être détectées en observant le rayonnement électromagnétique. La matière noire est une matière qui ne peut pas être vue directement, mais nous savons que la matière noire existe en raison de son effet sur les choses que nous pouvons observer directement.

Les bosons lumineux sont un nouveau type de particule subatomique que les scientifiques ont présenté comme des candidats convaincants pour la matière noire. Cependant, ces particules ultralégères sont difficiles à détecter car elles ont une très petite masse et interagissent rarement avec d’autres matières – l’une des principales propriétés de la matière noire semble avoir.

Lys Soleil

Le Dr Lily Sun est à la recherche de nuages ​​de bosons – le principal concurrent de la matière noire. Crédit : Tracy Nerme / ANU

révélateur de ondes gravitationnelles Il propose une nouvelle méthode de détection des particules de bosons ultralégères par gravité. Les scientifiques pensent que s’il y a des bosons très légers près de la rotation rapide Trou noir, le champ gravitationnel intense provoque le piégeage des particules autour du trou noir, provoquant la formation d’un nuage autour du trou noir. Ce phénomène peut générer des ondes gravitationnelles sur une très longue durée de vie. En recherchant ces signaux d’ondes gravitationnelles, les scientifiques peuvent enfin détecter ces particules de bosons insaisissables, si elles existent, et éventuellement déchiffrer la matière noire ou exclure la présence de certains des types de particules proposés.

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Dans une récente étude internationale dans le cadre de la collaboration LIGO-Virgo-KAGRA, avec le Dr. Université nationale australienne Étant l’un des chercheurs pionniers, une équipe de scientifiques a mené la première recherche sur tout le ciel conçue pour les signaux d’ondes gravitationnelles attendus des nuages ​​de bosons autour des trous noirs en orbite rapide.

« La science des ondes gravitationnelles a ouvert une toute nouvelle fenêtre pour l’étude de la physique fondamentale. Elle fournit non seulement des informations directes sur les mystérieux objets compacts de l’univers, tels que les trous noirs et les étoiles à neutrons, mais nous permet également de rechercher de nouvelles particules et matière noire.

Bien qu’aucun signal n’ait été détecté, l’équipe de chercheurs a pu tirer de précieuses conclusions sur la présence possible de ces nuages ​​dans notre galaxie. Dans l’analyse, ils ont également pris en compte le fait que la force du signal d’onde gravitationnelle dépend de l’âge du nuage de bosons : le nuage de bosons se rétrécit car il perd son énergie en envoyant des ondes gravitationnelles, donc la force du signal d’onde gravitationnelle va diminuer comme l’âge du nuage.

« Nous avons appris qu’un certain type de nuage bosonien âgé de moins de 1 000 ans est peu susceptible d’être trouvé n’importe où dans notre galaxie, tandis que de tels nuages ​​​​jusqu’à 10 millions d’années sont peu susceptibles d’être trouvés à moins de 3 260 années-lumière du sol,  » dit le Dr Sun.

Les futurs détecteurs d’ondes gravitationnelles ouvriront certainement plus de possibilités. Nous pourrons atteindre les profondeurs de l’univers et découvrir plus d’idées sur ces particules. »

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Pour plus d’informations sur cette recherche, voir Ghostly Boson Clouds Can Solve the Dark Matter Mystery.

Référence : « An all-sky search for gravitational wave emission from scalar boson clouds aroundrotating blackholes in LIGO O3 data » par LIGO Scientific Collaboration, Virgo Collaboration et KAGRA Collaboration : R. Abbott, H. Abe, F. Acernese, K Ackley, N. Adhikari, RX Adhikari, VK Adkins, VB Adya, C. Affeldt, D. Agarwal, M. Agathos, K. Agatsuma, N. Aggarwal, OD Aguiar, L. Aiello, A. Ain, P. Ajith , T Akutsu, S.; Albanese, Ra Al Faidi, A Aluka, PA Altin, Amato, C. Anand, S. Anand, A. Ananieva, SP Anderson, WG Anderson, M. Ando, ​​​​T. Andrade, Andrés, M. Andres-Carcasona, T. Andrich, SV Angelova , S. Ansoldi, GM Antelis, S. Antelis, T. Apostolatus, EZ Apaforafther, S. Appert, SK Apple, K. Araya, Araya, MC Araya, JS Areeda, M. Arène, N. Aritomi, N. Arnaud, M. Arogeti, SM Aronson, KG Arun, H. Asada, Y. Asali, G. Ashton, Y. Aso, M. Assiduo, S. Assis de Souza Melo, SM Aston, P. Astone, F. Aubin, K. AultONeal, C. Austin, S. Babak, F. Badaracco, MKM Bader, C. Badger, S. Bae, Y. Bae, AM Baer, ​​​​S. Bagnasco, Y. Bai, J. Baird, R. Bajpai, T. Baka, M. Ball, G. Ballardin, SW Ballmer, A. Balsamo, G. Baltus, S. Banagiri, B. Banerjee, D. Bankar, JC Barayoga, C. Barbieri, BC Barish , D. Barker, P. Barneo, F Barone, B. Barr, L. Barsotti, M. Barsuglia, D. Barta, J. Bartlett, MA Barton, I Bartos, S. Basak, R. Bassiri et al., 30 novembre 2021, Astrophysique > Phénomènes astrophysiques de haute énergie.
arXiv : 2111.15507

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