Une grande partie de la matière dans l'univers reste inconnue et indéfinie, mais les physiciens théoriciens continuent d'obtenir des indices sur les propriétés de la matière noire et des trous noirs. Une étude menée par une équipe de scientifiques dont trois de l'Université de Stony Brook propose une nouvelle méthode pour rechercher de nouvelles particules non contenues actuellement dans le modèle standard de la physique des particules. Leur méthode, publiée dans Nature Communications , pourrait éclairer la nature de la matière noire.

Les trois auteurs de Stony Brook sont Rouven Essig, Ph.D., professeur à l'Institut CN Yang de physique théorique (YITP); Rosalba Perna, Ph.D., professeure au Département de physique et d'astronomie, et Peizhi Du, Ph.D., chercheur postdoctoral au YITP.

Les étoiles qui passent à proximité des trous noirs supermassifs situés au centre des galaxies peuvent être perturbées par les forces de marée, entraînant des éruptions qui sont observées comme des événements transitoires brillants dans les relevés du ciel. La vitesse à laquelle ces événements se produisent dépend des spins du trou noir, qui à leur tour peuvent être affectés par des bosons ultra-légers (particules hypothétiques avec des masses infimes) en raison de la superradiance. L'équipe de recherche a effectué une analyse détaillée de ces effets et a découvert que les recherches de perturbations stellaires par les marées avaient le potentiel de découvrir l'existence de bosons ultra-légers.

Selon le co-auteur Rouven Essig, l'équipe a démontré qu'en raison de la dépendance des taux de perturbation stellaire sur le spin du trou noir, et étant donné que les bosons ultra-légers affectent uniquement ces spins en raison de l'instabilité superradiante, les mesures du taux de perturbation des marées stellaires peuvent être utilisé pour sonder ces nouvelles particules.

De plus, les chercheurs suggèrent qu'avec l'énorme ensemble de données sur les perturbations des marées stellaires fournies par l'observatoire Vera Rubin, ces données, combinées aux travaux des chercheurs, peuvent être utilisées pour découvrir ou exclure une variété de modèles de bosons ultra-légers sur une large échelle. régions de l'espace des paramètres.

Leur analyse indique également que les mesures des taux de perturbation des marées stellaires peuvent être utilisées pour contraindre une variété de distributions de spin de trous noirs supermassifs et déterminer si des spins proches du maximum sont préférés.

"Les implications potentielles de nos découvertes sont profondes. La découverte de nouveaux bosons ultra-légers dans les études de perturbation des marées stellaires serait révolutionnaire pour la physique fondamentale", déclare Essig.

"Ces nouvelles particules pourraient être la matière noire, et ainsi le travail pourrait ouvrir des fenêtres sur un secteur sombre complexe qui fait allusion à des descriptions plus fondamentales de la nature telles que la théorie des cordes. Notre proposition peut également avoir d'autres applications, comme les mesures du trou noir supermassif. les spins peuvent être utilisés pour étudier l'histoire de la formation du trou noir", explique Rosalba Perna.

"Et finalement, si ces nouvelles particules existent, elles affecteront la façon dont les étoiles qui se rapprochent d'un trou noir supermassif sont perturbées par la forte attraction gravitationnelle du trou noir", ajoute Peizhi. + Explorer plus loin

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