Извилистые и хаотичные окрестности центральной черной дыры галактики M87, первой черной дыры, которую сфотографировали, кодируют информацию об аксионах. Особенности того, как ориентирован свет вокруг черной дыры M87, могут исключить вероятность нахождения аксионных частиц в определенном диапазоне масс.
Исследование также показало, что ученые могут использовать аналогичный метод в предстоящих астрофизических наблюдениях для поиска аксионных частиц с различными массами.
«Это именно та информация, которая нам нужна для реализации этого теоретического предложения. У нас очень экстремальные условия, которые могут производить огромное количество аксионов, и у нас есть правильный инструмент для изучения сигнатуры аксиона», — говорит физик частиц Юэ Чжао из Университета Юты в Солт-Лейк-Сити.
В 2020 году физик Ифань Чен из Китайской академии наук в Пекине и его коллеги описали способ поиска аксионов, используя наблюдения за светом, окружающим черные дыры. Согласно теории, быстро вращающаяся черная дыра может создавать плотные скопления аксионных частиц в непосредственной близости.
В то время как облако аксионов изменит направление, то же самое произойдет и с активной и турбулентной областью вокруг черной дыры.
«Своего рода неизбежный фон, с которым нам приходится иметь дело», — говорит Чжао.
Ученые обнаружили, что дополнительных колебаний недостаточно, чтобы сказать, что какой-либо сигнал мог исходить от аксионного облака. Они исключили существование сверхлегких аксионов с массой около 10 миллиардных миллиардных миллиардных долей массы электрона.
Но тот же метод можно использовать для поиска других аксионоподобных частиц. «Чем больше у вас черная дыра, тем легче искомая масса», — говорит Чжао.
Физики надеются использовать будущие наблюдения за другими черными дырами для поиска аксионов различных масс.
Масса черной дыры в центре нашей Галактики составляет примерно одну тысячную массы M87. Если основная черная дыра нашей галактики имеет облако аксионов, это будут более тяжелые частицы.
