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更新日期:111年6月16日

本校物理系訪問教授及其團隊發現用引力波探測黑洞周圍的新粒子

臺灣大學物理系玉山訪問教授丹尼爾包曼(Daniel Baumann)與其在阿姆斯特丹大學的團隊,及哈佛大學的合作者發現,如果存在新的超輕粒子,可以在旋轉的黑洞周圍形成粒子雲,並在雙黑洞系統發出的引力波上留下獨特的訊號。該研究已發表於《物理通訊評論》並由編輯以專文推薦。

人們普遍認為黑洞會吞噬周圍所有形式的物質和能量。然而,如果自然界中存在新的、迄今為止未被觀測到且質量非常低的的粒子,黑洞也可以通過一種稱為超輻射(superradiance)的過程產生這些粒子,並在黑洞周圍形成一大團粒子雲,形成所謂的「引力原子」。

該團隊發現,儘管引力原子的尺寸要比微觀真實的原子大得多,但其結構卻與原子中,電子雲圍繞著由質子和中子組成的原子核,驚人地相似。如果另一個黑洞盤旋進入引力原子,並最終與黑洞合併,超輕粒子雲可吸收盤旋中雙黑洞的動能而游離,像光電效應中光照射到金屬上游離出電子一樣。

這個過程可能會顯著改變雙黑洞盤旋的進程,除加快雙黑洞合併外,超輕粒子雲的游離在雙黑洞相距特定距離時得到增強,該特徵呈現在盤旋中雙黑洞發射出的引力波中,若被未來新一代的引力波干涉儀觀察到,將為該超輕粒子的存在提供獨特的證據。

本研究成果已於2022年6月2日發表於《物理通訊評論》:https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.128.221102

  • 圖1

    本校物理系訪問教授及其團隊發現用引力波探測黑洞周圍的新粒子

  • 圖2

    台灣大學物理系玉山訪問教授丹尼爾包曼(Daniel Baumann)。

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