Umelcov dojem spájania bozónových hviezd. (Nicolás Sanchis-Gual a Rocío García Souto/IGFAE) 21. mája 2019, zo vzdialenosti 7 miliárd svetelných rokov, náš gravitačná vlna detektory otriasla doteraz najmasívnejšia kolízia. Z analýzy signálu astronómovia usúdili, že detekcia bola výsledkom dvoch čierne diery rozbitie dohromady, vážiace 66 a 85-násobok hmotnosti Slnka.
Ale čo ak to bolo niečo iné? Nová štúdia ponúka inú interpretáciu udalosti. Podľa medzinárodného tímu astrofyzikov je možné, že tieto dva objekty vôbec neboli čierne diery, ale záhadné, teoretické objekty tzv. bozón hviezdy – potenciálne zložené z nepolapiteľných kandidátov na temná hmota .
Udalosť gravitačnej vlny, tzvGW 190521, bol veľkolepý objav. Objekt, ktorý vznikol zlúčením týchto dvoch objektov, by bol a čierna diera približne 142-násobok hmotnosti Slnka - v strednom hmotnostnom rozsahu, ktorý nikdy predtým nebola zistená žiadna čierna diera, nazývaná horná medzera hmotnosti čiernej diery.
To bolo mimoriadne úhľadné, ale bola tu obrovská hádanka - čierna diera s hmotnosťou 85 slnečnej hmoty sa údajne podieľala na zrážke. Podľa našich modelov sa čierne diery s hmotnosťou viac ako 65 hmotností Slnka nemôžu vytvoriť z jednej hviezdy, ako sú čierne diery s hmotnosťou hviezdy.
Je to preto, že prekurzorové hviezdy, ktoré by vytvorili čiernu dieru v tomto hmotnostnom rozsahu, sú také masívne, že ich supernovy – známe ako supernovy párovej nestability - mala by úplne zničiť hviezdne jadro a nezanechať za sebou nič, čo by sa mohlo gravitačne zrútiť do čiernej diery.
Zatiaľ čo naše chápanie vzniku hviezd ako 'dvojčatá' neumožňuje, aby sa páry hviezdnych čiernych dier zrodili dostatočne blízko na to, aby sa mohli spojiť, je pravdepodobné, že vysvetlením je spojenie dvoch menších čiernych dier. Ak však pôjdeme len podľa údajov, iný model sedí ešte lepšie.
Je možné, že to bola čierna diera produkt skoršieho spojenia dvoch menších čiernych dier. Vedený Juanom Calderónom Bustillo z Galícijského inštitútu fyziky vysokých energií v Španielsku, výskumný tím zistil, že bozónové hviezdy budú perfektne zodpovedať číslam.
'Naše výsledky ukazujú, že tieto dva scenáre sú vzhľadom na údaje takmer nerozoznateľné, hoci hypotéza exotickej bozónovej hviezdy je mierne preferovaná,' povedal astrofyzik José Font z univerzity vo Valencii v Španielsku.
„Je to veľmi vzrušujúce, pretože náš model bozónovej hviezdy je odteraz veľmi obmedzený a podlieha veľkým vylepšeniam. Vyvinutejší model môže viesť k ešte väčším dôkazom pre tento scenár a tiež by nám umožnil študovať predchádzajúce pozorovania gravitačných vĺn za predpokladu zlúčenia bozón-hviezda.“
Bozónové hviezdy sú v súčasnosti čisto teoretické a nikdy predtým neboli zistené, ale astronómovia o ne čoraz viac zaujímajú, najmä pri hľadaní tmavej hmoty.
Sú, podobne ako čierne diery, predpovedané všeobecná relativita a sú schopné rásť na milióny slnečných hmôt pri veľmi kompaktnej veľkosti.
Tak ako mypredtým nahlásené, kde sú hviezdy primárne tvorené časticami tzv fermióny - protóny, neutróny, elektróny, látky, ktoré tvoria podstatnejšie časti nášho vesmíru - bozónové hviezdy by boli zložené výlučne zbozóny. Tieto častice - vrátane fotónov, gluónov a známych Higgsov bozón - nedodržiavajte rovnaké fyzikálne pravidlá akofermióny.
Fermióny podliehajú Pauliho vylučovací princíp , čo znamená, že nemôžete mať dve alebo viac častíc s presne rovnakými kvantovými stavmi, vrátane priestoru, v ktorom sa nachádzajú. bozóny , však môžu byť superponované; keď sa spoja, pôsobia ako jedna veľká častica resp hmotná vlna . Vieme to, pretože to bolo urobené v laboratóriu, kde sa vyrába to, čo nazývame aBoseho-Einsteinov kondenzát.
V prípade bozónových hviezd môžu byť častice vtlačené do priestoru, ktorý možno opísať rôznymi hodnotami alebo bodmi na stupnici. Vzhľadom na správny druh bozónov v správnom usporiadaní by toto „skalárne pole“ mohlo spadnúť do relatívne stabilného usporiadania.
Bozónové hviezdy skutočne môžuvyzerajú veľmi ako čierne diery, s výnimkou jednej charakteristiky: nemajú absorbujúci povrch, ktorý by zastavil fotóny, ani horizont udalostí, takže by vyzerali úplne priehľadné. Sú to v podstate kompaktné guličky Boseho-Einsteinov kondenzát vo vesmíre.
Nespočetné množstvo častíc tvoriacich také hmotné hviezdy by ironicky muselo byť neuveriteľne ľahké, s miliónkrát menšou hmotnosťou ako elektróny.
Je zaujímavé, že tento druh ultraľahkého bozónu by bol tiež a kandidát na tmavú hmotu - neznáma, neviditeľná hmota zodpovedná za všetku extra gravitáciu plávajúcu okolo vesmíru, ktorú nemôžeme vysvetliť. Takže nájdenie bozónových hviezd by aspoň nejakým spôsobom prispelo k vyriešeniu jednej z najväčších záhad vesmíru.
Podľa výpočtov tímu, ak by GW 190521 bola zlúčením dvoch bozónových hviezd, príslušné hmotnosti a vzdialenosti by boli odlišné, ale vyriešilo by to problém čiernej diery s hmotnosťou 85 slnečnej hmoty.
„Po prvé, už by sme nehovorili o zrážke čiernych dier, čo eliminuje problém vysporiadania sa so „zakázanou“ čiernou dierou,“ Povedal Calderon Bustillo .
„Po druhé, pretože zlúčenie bozónových hviezd sú oveľa slabšie, odvodzujeme oveľa bližšiu vzdialenosť, než akú odhadli LIGO a Virgo. To vedie k oveľa väčšej hmotnosti konečnej čiernej diery, asi 250 hmotností Slnka, takže skutočnosť, že sme boli svedkami vzniku čiernej diery so strednou hmotnosťou, zostáva pravdou.“
V tímovom scenári, keď sa dve bozónové hviezdy zrazili, vytvorili väčšiu bozónovú hviezdu, ktorá sa mohla stať nestabilnou a zrútila sa do čiernej diery, takže v skutočnosti nie je možné povedať, či je interpretácia bozónovej hviezdy správna, aj keď sme videli je jasne cez revidovanú vzdialenosť 1,9 miliardy svetelných rokov.
Namiesto toho nám analýza poskytuje nástroje na štúdium udalostí gravitačných vĺn strednej hmotnosti v kontexte bozónových hviezd, ako aj čiernych dier, s nádejou nájsť odpovede v budúcnosti.
'Ak to potvrdí následná analýza tohto a iných pozorovaní gravitačných vĺn,' povedal astrofyzik Carlos Herdeiro z University of Aveiro v Portugalsku, 'náš výsledok by poskytol prvý pozorovací dôkaz pre dlho hľadaného kandidáta na temnú hmotu.'
Výskum bol publikovaný v r Fyzické prehľadové listy .