Czarne dziury mogą strzelać laserami grawitacyjnymi. To może wyjaśnić istnienie ciemnej materii

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:

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.

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.