Los científicos dan otro paso teórico para descubrir el misterio de la materia oscura, los agujeros negros

Newswise — STONY BROOK, Nueva York, 16 de agosto de 2022 — Gran parte de la materia del universo sigue siendo desconocida e indefinida, pero los físicos teóricos continúan obteniendo pistas sobre las propiedades de la materia oscura y los agujeros negros. Un estudio realizado por un equipo de científicos, incluidos tres de la Universidad de Stony Brook, propone un nuevo método para buscar nuevas partículas que actualmente no están contenidas en el modelo estándar de física de partículas. Su método, publicado en Comunicaciones de la naturalezapodría arrojar luz sobre la naturaleza de la materia oscura.

Los tres autores de Stony Brook incluyen Ruven Essigmédico, profesor de Instituto CN Yang de Física Teórica (YITP); Rosalba Perna, PhD, Profesora del Departamento de Física y Astronomía, y Peizhi Du, PhD, Investigadora Postdoctoral en YITP.

Las estrellas que pasan cerca de los agujeros negros supermasivos ubicados en los centros de las galaxias pueden verse perturbadas por las fuerzas de las mareas, lo que provoca destellos que se observan como eventos brillantes transitorios en los estudios del cielo. La velocidad a la que ocurren estos eventos depende de los giros de los agujeros negros, que a su vez pueden verse afectados por bosones ultraligeros (partículas hipotéticas con masas diminutas) debido a la superradiación. El equipo de investigación llevó a cabo un análisis detallado de estos efectos y descubrió que las búsquedas de perturbaciones de mareas estelares tienen el potencial de descubrir la existencia de bosones ultraligeros.

Según el coautor Rouven Essig, el equipo demostró que debido a la dependencia de las tasas de ruptura estelar de la rotación del agujero negro, y dado que los bosones ultraligeros afectan exclusivamente estas rotaciones debido a la inestabilidad superradiante, las mediciones de la tasa de interrupción de las mareas estelares pueden utilizarse para sondear estas nuevas partículas.

Además, los investigadores sugieren que con el enorme conjunto de datos de interrupciones de mareas estelares proporcionadas por el Observatorio Vera Rubínestos datos, en combinación con el trabajo de los investigadores, se pueden utilizar para descubrir o descartar una variedad de modelos de bosones ultraligeros en amplias regiones del espacio de parámetros.

Su análisis también indica que las mediciones de las tasas de interrupción de las mareas estelares se pueden utilizar para restringir una variedad de distribuciones de espín de agujeros negros supermasivos y determinar si se prefieren los espines cercanos al máximo.

“Las implicaciones potenciales de nuestros hallazgos son profundas. Descubrir nuevos bosones ultraligeros en la investigación de perturbaciones de mareas estelares sería revolucionario para la física fundamental”, dice Essig.

“Estas nuevas partículas podrían ser materia oscura, por lo que el trabajo podría abrir ventanas a un sector oscuro complejo que sugiere descripciones más fundamentales de la naturaleza, como la teoría de cuerdas. Nuestra propuesta también puede tener otras aplicaciones, ya que las mediciones de giros de agujeros negros supermasivos se pueden utilizar para estudiar la historia de formación del agujero negro”, dice Rosalba Perna.

«Y, en última instancia, si estas nuevas partículas existen, afectarán la forma en que las estrellas que se acercan a un agujero negro supermasivo se ven interrumpidas por la fuerte atracción gravitacional del agujero negro», agrega Peizhi.

El equipo de Stony Brook trabajó con el Dr. Daniel Egana-Ugrinovic, investigador postdoctoral en el Perimeter Institute, y el Dr. Giacomo Fragione, profesor asistente de investigación en la Universidad Northwestern.

El componente de investigación de Stony Brook fue apoyado por el Departamento de Energía (Subvención No. DE-SC0009854), la Fundación Simons (Premio Simons Investigator in Physics 623940), la Fundación Nacional de Ciencias (Premios PHY-1915093 y AST-2006839) y EE. UU.-Israel. Fundación Binacional de Ciencias (Subvención No. 2016153).

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