L'observation du «tremblement» de la fusion des trous noirs aidera les scientifiques à déterminer s'il y a des axions, des particules ultra-légères de matière noire ou d'autres candidats pour le rôle de «sixième force de la nature». Telle est la conclusion des astronomes qui ont publié un article dans la revue Physical Review D.
Pendant longtemps, les scientifiques ont cru que l'univers est constitué de la matière que nous voyons et qui forme la base de toutes les étoiles, trous noirs, nébuleuses, amas de poussière et planètes. Mais les premières observations de la vitesse de déplacement des étoiles dans les galaxies voisines ont montré que les étoiles de leur périphérie s'y déplaçaient à une vitesse incroyablement élevée, ce qui était environ 10 fois plus élevé que les calculs basés sur les masses de toutes les étoiles qu'ils contiennent.
La raison en est, selon les scientifiques d'aujourd'hui, la soi-disant matière noire - une substance mystérieuse, qui représente environ 75% de la masse de matière dans l'Univers. En règle générale, chaque galaxie a environ 8 à 10 fois plus de matière noire que son cousin visible, et cette matière noire maintient les étoiles en place et les empêche de se disperser.
Aujourd'hui, presque tous les scientifiques sont convaincus de l'existence de la matière noire, mais ses propriétés, en plus de son influence gravitationnelle évidente sur les galaxies et les amas de galaxies, restent un mystère et un sujet de controverse parmi les astrophysiciens et cosmologues. Pendant longtemps, les scientifiques ont supposé qu'il était composé de particules super lourdes et «froides» - des «wimps» qui ne se manifestaient en aucune façon, sauf en attirant des amas visibles de matière.
La recherche infructueuse de "WIMP" au cours des deux dernières décennies a conduit de nombreux théoriciens à croire que la matière noire peut en fait être "légère et pelucheuse" et se composer de soi-disant axions - des particules ultra-légères similaires en masse et en propriétés aux neutrinos. Leur première recherche s'est également terminée en vain, ce qui rend cette substance invisible encore plus mystérieuse.
Baumann et ses collègues ont formulé une manière très peu orthodoxe de trouver ces particules en étudiant ce qui se passe à proximité d'une paire de trous noirs en rotation se préparant à fusionner les uns avec les autres.
Comme l'ont noté les scientifiques, leur mouvement affectera d'une manière particulière la structure de l'espace-temps environnant, contribuant à l'apparition d'axions et d'autres particules ultralégères, et empêchant leur annihilation mutuelle et leur autodestruction.
En conséquence, les trous noirs seront entourés d'une sorte d '«atmosphère» ou de «nuage» d'axions, comme les scientifiques appellent cette structure. Il se comportera comme un atome artificiel, ralentissant leur mouvement, émettant des ondes gravitationnelles et influençant d'une manière particulière le processus de leur fusion.
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Cette influence, à son tour, sera particulièrement prononcée pendant la soi-disant «nervosité» - une phase spéciale dans la vie d'un trou noir nouveau-né, quand il décharge l'excès d'énergie de rotation sous la forme d'ondes gravitationnelles. A ce moment, il ne ressemble pas à une balle parfaite, mais à une ellipse allongée ou étirée, acquérant progressivement une forme "normale".
Comme le montrent les calculs de Baumann et de ses collègues, si des axions ou d'autres particules de lumière existent, alors leur nuage disparaîtra brusquement après la fusion et au début du «jitter», affaiblira les ondes gravitationnelles générées par ce processus et y introduira des distorsions uniques.
Peut-on trouver de telles fluctuations? Les télescopes gravitationnels au sol tels que LIGO et ViRGO, selon les astrophysiciens, sont peu susceptibles de résoudre ce problème, car il faudrait trouver une paire de trous noirs dans la Voie lactée, très proches de la fusion. Ceci est hautement improbable.
En revanche, l'observatoire orbital LISA, capable de suivre les trous noirs supermassifs dans d'autres galaxies, devrait pouvoir faire face à cette tâche, et trouver des traces de toutes les particules légères possibles.
Si cette idée se justifie, alors de telles paires de trous noirs, comme le pensent les scientifiques, deviendront pour nous une sorte de "collisionneurs gravitationnels", capables de vraiment rechercher une "nouvelle physique" au-delà du modèle standard.
