Observar a "agitação" da fusão dos buracos negros ajudará os cientistas a descobrir se existem áxions, partículas ultraleves de matéria escura ou outros candidatos para o papel de "sexta força da natureza". Esta é a conclusão a que chegaram os astrônomos que publicaram um artigo na revista Physical Review D.
Por muito tempo, os cientistas acreditaram que o universo consiste na matéria que vemos e que forma a base de todas as estrelas, buracos negros, nebulosas, aglomerados de poeira e planetas. Mas as primeiras observações da velocidade de movimento das estrelas em galáxias próximas mostraram que as estrelas em seus arredores se movem a uma velocidade impossivelmente alta, que era cerca de 10 vezes maior do que os cálculos baseados nas massas de todas as estrelas nelas mostravam.
A razão para isso, segundo os cientistas de hoje, foi a chamada matéria escura - uma substância misteriosa, que responde por cerca de 75% da massa da matéria no Universo. Normalmente, cada galáxia tem cerca de 8 a 10 vezes mais matéria escura do que sua prima visível, e essa matéria escura mantém as estrelas no lugar e as impede de se espalharem.
Hoje, quase todos os cientistas estão convencidos da existência da matéria escura, mas suas propriedades, além de sua óbvia influência gravitacional sobre galáxias e aglomerados de galáxias, permanecem um mistério e um assunto de controvérsia entre astrofísicos e cosmologistas. Por muito tempo, os cientistas presumiram que ele era composto de partículas superpesadas e "frias" - "fracos", que não se manifestam de nenhuma forma, exceto para atrair aglomerados visíveis de matéria.
A busca malsucedida por "WIMPs" nas últimas duas décadas levou muitos teóricos a acreditar que a matéria escura pode realmente ser "leve e fofa" e consistir nos chamados axions - partículas ultraleves semelhantes em massa e propriedades aos neutrinos. A primeira busca também acabou em vão, o que torna essa substância invisível ainda mais misteriosa.
Baumann e seus colegas formularam uma forma altamente heterodoxa de pesquisar essas partículas, estudando o que está acontecendo nas proximidades de um par de buracos negros em rotação que se preparam para se fundir.
Como os cientistas notaram, seu movimento terá um efeito especial na estrutura do espaço-tempo circundante, contribuindo para o aparecimento de axions e outras partículas ultraleves e evitando sua aniquilação e autodestruição mútuas.
Como resultado, os buracos negros serão cercados por uma espécie de "atmosfera" ou "nuvem" de áxions, como os cientistas chamam essa estrutura. Ele se comportará como um átomo artificial, desacelerando seu movimento, emitindo ondas gravitacionais e influenciando de maneira especial o processo de sua fusão.
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Essa influência, por sua vez, será especialmente pronunciada durante o chamado "jittery" - uma fase especial na vida de um buraco negro recém-nascido, quando ele despeja o excesso de energia rotacional na forma de ondas gravitacionais. Neste momento, não se parece com uma bola perfeita, mas sim com uma elipse alongada ou esticada, adquirindo gradativamente uma forma "normal".
Como os cálculos de Baumann e seus colegas mostram, se axions ou outras partículas de luz existem, então sua nuvem irá desaparecer abruptamente após a fusão e durante o início do "jitter", irá enfraquecer as ondas gravitacionais geradas por este processo e introduzir distorções únicas nelas.
Essas flutuações podem ser encontradas? Telescópios gravitacionais terrestres como o LIGO e o ViRGO, segundo astrofísicos, dificilmente serão capazes de resolver esse problema, já que seria necessário encontrar um par de buracos negros na Via Láctea, muito próximos da fusão. Isso é altamente improvável.
Por outro lado, o observatório orbital LISA, capaz de rastrear buracos negros supermassivos em outras galáxias, deve ser capaz de lidar com essa tarefa e encontrar vestígios de todas as partículas de luz possíveis.
Se essa ideia se justificar, então tais pares de buracos negros, como os cientistas acreditam, se tornarão para nós uma espécie de "colisores gravitacionais", capazes de realmente buscar uma "nova física" além do Modelo Padrão.
