Czarne dziury mogą strzelać laserami grawitacyjnymi. To może wyjaśnić istnienie ciemnej materii
Albert Einstein przewidział wiele zjawisk, które potem zostały potwierdzone przez obserwacje i eksperymenty. Jednym z nich są fale grawitacyjne, czyli zmarszczki w przestrzeni-czasie, które powstają pod wpływem ruchu mas. Innym jest stymulowana emisja promieniowania, czyli zjawisko, które leży u podstaw działania laserów. Czy te dwa efekty mogą się połączyć w coś jeszcze bardziej niezwykłego? Nowe badanie sugeruje, że tak - i że w kosmosie mogą istnieć lasery grawitacyjne, które strzelają z czarnych dziur.
Laser grawitacyjny, czasem nazywany gaserem, graserem lub glaserem, to hipotetyczne urządzenie do stymulowanej emisji spójnego promieniowania grawitacyjnego, czyli grawitonów, analogicznie do tego, jak zwykły laser produkuje spójne promieniowanie elektromagnetyczne, czyli fotony. Zasada działania lasera grawitacyjnego jest podobna do zwykłego lasera, ale zamiast atomów i elektronów mamy tu do czynienia z falami grawitacyjnymi.
Takie działo grawitacyjne znamy choćby z gier. Naukowcy dowodzą teraz, że takie działa grawitacyjne, emitujące grawitacyjne lasery, istnieją także w kosmosie. I związane są - jak się domyślacie - z czarnymi dziurami.
Więcej ciekawych informacji o falach grawitacyjnych znajdziesz na Spider`s Web:
- Po raz pierwszy usłyszeli fale grawitacyjne. W kosmosie doszło do potężnego zderzenia
- Tak wygląda dżet wyemitowany przez gwiazdy neutronowe. Jest siedem razy szybszy od prędkości światła
- Czarne dziury są defektem czasoprzestrzeni? Nowa teoria żegna te tajemnicze obiekty
- Czarna dziura wywołała największą eksplozję we wszechświecie. Naukowcy są zszokowani
Czarne dziury i działa grawitacyjne
W artykule opublikowanym w bazie danych preprint arXiv, Jing Liu, fizyk z Uniwersytetu Chińskiej Akademii Nauk w Pekinie, sugeruje, że fale grawitacyjne i stymulowana emisja promieniowania mogą się czasem łączyć w rzadkie i egzotyczne lasery grawitacyjne - ale tylko pod pewnymi warunkami. Hipoteza ma być prawdziwa tylko wtedy, gdy prawdziwy będzie określony model tłumaczący istnienie ciemnej materii. Chodzi o aksjony, czyli hipotetyczne ultralekkie cząsteczki subatomowe.
Aksjony są bardzo lekkie i mają duże długości fali, co oznacza, że zachowują się jak fale kwantowe, a nie jak zwykłe cząstki. Co się stanie, gdy taka forma ciemnej materii zbliżyłaby się do czarnej dziury? Ponieważ aksjony mają duże długości fali, nie mieszczą się wewnątrz horyzontu zdarzeń czarnej dziury, czyli granicy, za którą nic nie może się wydostać. Zamiast tego aksjony istnieją wokół czarnej dziury, podobnie jak elektrony wokół jądra atomu.
Tymczasem czarne dziury same w sobie emitują fale grawitacyjne, jeśli obracają się lub zderzają się z innymi czarnymi dziurami. Fale te mogą pobudzać aksjony do emisji promieniowania o tej samej częstotliwości, co fale grawitacyjne. W ten sposób powstaje kaskada fal grawitacyjnych o tej samej fazie, czyli wiązka spójnego promieniowania grawitacyjnego. Tym właśnie miałby być grawitacyjny.
Przyszłość pokaże, czy to prawda
Do tej pory nie udało się wykryć naturalnych źródeł laserów grawitacyjnych. Dlaczego? Bo to bardzo trudne. Same fale grawitacyjne są bardzo słabe i trudno je wykryć. Dopiero w 2015 r. udało się to zrobić za pomocą detektora LIGO, który rejestrował fale grawitacyjne pochodzące ze zderzeń czarnych dziur i gwiazd neutronowych. Aby wytworzyć fale grawitacyjne o wystarczającej amplitudzie i częstotliwości, potrzebne są bardzo duże i gęste masy, poruszające się z bardzo dużymi prędkościami.
Dodatkowo same lasery grawitacyjne mają być bardzo rzadkie. Nie dość, że same warunki musiałyby być odpowiednie, aby wywołać takie zjawisko. Poza tym wiązka takiego laser nie musiałaby być skierowana w stronę Ziemi, co niezwykle utrudniałoby jej wykrycie. Naukowcy zapewniają jednak, że lasery grawitacyjne będą mogły zostać wykryte w przyszłości przez obserwatoria fal grawitacyjnych nowej generacji. Jeśli je odkryjemy, będzie to dowód na to, że ciemna materia istnieje w postaci aksjonów.
