Физики предложили искать неуловимые аксионы возле черных дыр

Новые расчеты предсказывают, что вращающиеся черные дыры могут накапливать облака частиц-аксионов, а те – приводить к появлению гравитационных волн. Их могут заметить детекторы, подобные известной обсерватории LIGO, тем самым подтвердив существование аксионов, безуспешная «охота» за которыми продолжается уже десятилетия. С таким предложением выступили физики-теоретики из США и Канады в статье, опубликованной журналом Physical Review D.

Аксионы – гипотетические нейтральные элементарные частицы, существование которых было предположено в 1970-е в ходе попытки дать объяснение преобладанию во Вселенной вещества над антивеществом. Кроме того, аксионы рассматриваются в числе кандидатов на роль частиц темной материи, которой должно быть в пять раз больше обычной, но обнаружить которую мы до сих пор не можем.

Поиски аксионов – и с помощью «лабораторных» инструментов, и через космические наблюдения – продолжаются до сих пор, и до сих пор безуспешно. Совершенно новый подход к этой задаче предложила группа физиков во главе с канадской ученой Асиминой Арванитаки (Asimina Arvanitaki). По их расчетам, аксионы, оказавшиеся на орбите близ черной дыры и ускоренные ее вращением, должны попасть под действие сверхизлучения – процесса, который лавинообразно увеличивает количество частиц, как это происходит с фотонами в рабочем теле лазера.

Сверхизлучение развивается только в том случае, если длина волны аксиона сравнима с размерами самой черной дыры и, соответственно, масса частицы исключительно невелика – по расчетам Арванитаки и ее коллег, аксион должен быть в десятки тысяч и даже миллионов раз легче, чем та область масс, где его ищут сейчас в лабораторных экспериментах. При таких условиях эти частицы должны накапливаться у самого горизонта событий вращающейся черной дыры в больших количествах.

Заметить их позволят гравитационные волны. Ученые указывают, что столкновение аксионов внутри такого облака должно порождать стабильный ряд гравитационных волн, длина которых зависит от массы аксионов. Наблюдать гравитационные волны мы уже умеем – и у нас есть для этого действующий детектор LIGO, который в 2016 г. впервые «поймал» их, а вскоре заработают и новые такие инструменты. Возможно, они принесут новое громкое открытие – первые подтверждения существования аксионов.