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 método novedoso para buscar nuevas partículas que actualmente no están contenidas en el modelo estándar de física de partículas. Su método, publicado en Nature Communications , podría arrojar luz sobre la naturaleza de la materia oscura.

Los tres autores de Stony Brook incluyen a Rouven Essig, Ph.D., profesor en el Instituto C. N. Yang de Física Teórica (YITP); Rosalba Perna, Ph.D., Profesora del Departamento de Física y Astronomía, y Peizhi Du, Ph.D., investigadora postdoctoral en el YITP.

Las estrellas que pasan cerca de los agujeros negros supermasivos ubicados en el centro de las galaxias pueden verse perturbadas por las fuerzas de las mareas, lo que provoca destellos que se observan como eventos transitorios brillantes en los estudios del cielo. La velocidad a la que ocurren estos eventos depende de los giros del agujero negro, que a su vez pueden verse afectados por bosones ultraligeros (partículas hipotéticas con masas diminutas) debido a la superradiación. El equipo de investigación realizó 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 interrupción estelar del giro del agujero negro, y dado que los bosones ultraligeros afectan de manera única a tales giros 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 que proporciona el Observatorio Vera Rubin, estos datos, en combinación con el trabajo de los investigadores, pueden usarse para descubrir o descartar una variedad de modelos de bosones ultraligeros en un amplio espectro. regiones del espacio de parámetros.

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

"Las implicaciones potenciales de nuestros hallazgos son profundas. El descubrimiento de nuevos bosones ultraligeros en estudios de disrupción de mareas estelares sería revolucionario para la física fundamental", dice Essig.

"Estas nuevas partículas podrían ser la materia oscura y, por lo tanto, 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, como mediciones de agujeros negros supermasivos". los espines se pueden usar 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. + Explora más

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