Космос та всесвіти

Космос може бути усипаний прозорими зірками, цілком складаються з бозонів

Lr: невращающаяся чорна діра; обертається чорна діра; бозонна зірка, якими вони здаються EHT. (Olivares et al., MNRAS,2020) минулого року астрономічна спільнота зробила абсолютне диво.

Вперше світ колективно побачив реальне зображення тіні чорної діри . Це було кульмінацією багаторічної роботи, чудовим досягненням як у людській співпраці, так і в технічній винахідливості.І, подібно кращим науковим проривам, вона відкрила цілий новий світ досліджень.

Для команди, очолюваної астрофізиком Гектором Оліваресом з Університету Радбуда в Нідерландах та Університету Гете в Німеччині, це питання було наступним: звідки ми знаємо, що M87 * – чорна діра?”Хоча зображення відповідає нашим очікуванням щодо того, як буде виглядати чорна діра, важливо бути впевненим, що те, що ми бачимо, дійсно те, що ми думаємо”, – сказав Оліварес ScienceAlert.”Подібно до чорних дір, бозонні зірки передбачаються загальною теорією відносності і здатні рости до мільйонів сонячних мас і досягати дуже високої щільності. Той факт, що вони поділяють ці особливості з надмасивними чорними дірами, змусив деяких авторів припустити, що деякі з надмасивних компактних об’єктів, розташованих у центрі галактик, насправді можуть бути бозонними зірками.

“Отже, в новій статті Оліварес та його команда обчислили, як може виглядати бозонна зірка для одного з наших телескопів, і як це буде відрізнятися від прямого зображення аккрецирующей чорної діри.Бозонні зірки-одні з найдивніших теоретичних об’єктів. Вони не дуже схожі на звичайні зірки, за винятком того, що вони являють собою згусток матерії.

Але там, де зірки складаються в основному з частинок, званих ферміонами – протонів, нейтронів, електронів, речовини, яка утворює більш суттєві частини нашого Всесвіту, – бозонні зірки будуть повністю складатися з…

бозон.Ці частинки-включаючи фотони, глюони та знаменитий бозон Хіггса – не дотримуються тих самих фізичних правил, що й ферміони.Ферміони підкоряються принципу виключення Паулі, що означає, що у вас не може бути дві ідентичні частинки, що займають один і той же простір.

Бозони, однак, можуть накладатися один на одного; коли вони збираються разом, вони діють як одна велика частинка або хвиля матерії. Ми знаємо це, тому що це було зроблено в лабораторії, що виробляє те, що ми називаємо конденсатом Бозе-Ейнштейна.У разі бозонних зірок частинки можуть бути стиснуті в просторі, яке може бути описано різними значеннями або точками на шкалі.

Враховуючи правильний вид бозонів у правильному розташуванні, це “скалярне поле” може потрапити у відносно стабільне розташування.Принаймні, така теорія. Не те щоб хтось бачив його в дії.

Бозони з масою, необхідною для утворення такої структури, не кажучи вже про масу надмасивної чорної діри, ще належить виявити.Якби ми могли ідентифікувати бозонну зірку, ми б ефективно виявили цю невловиму частинку.”Щоб сформувати таку велику структуру, як кандидати в надмасивні чорні діри, маса бозона повинна бути надзвичайно малою (менше 10 -17 електронвольт)”, – сказав Оліварес.

“Спін-0 бозони з аналогічними або меншими масами з’являються в декількох космологічних моделях і теорії струн були запропоновані в якості кандидатів темної матерії під різними назвами (скалярна Польова темна матерія, надлегкі аксіони, нечітка темна матерія, квантово-хвильова темна матерія). Такі гіпотетичні частинки було б надзвичайно важко виявити, але спостереження об’єкта, схожого на бозонну зірку, вказало б на їх існування.”Бозонні зірки не з’єднують ядра і не випускають ніякого випромінювання.

Вони просто сидять у космосі, будучи невидимими. Дуже схоже на чорні діри.Однак, на відміну від чорних дір, бозонні зірки були б прозорими-у них немає поглинаючої поверхні, яка зупиняла б фотони, і у них немає горизонту подій.

Фотони можуть залишати бозонні зірки, хоча їх траєкторія може бути трохи викривлена гравітацією.Але деякі бозонні Зірки можуть бути оточені обертовим кільцем плазми – дуже схоже на акреційний диск, який оточує чорну діру. І він буде виглядати досить схожим на світиться пончик з темною областю всередині.

Отже, Оліварес і його команда провели моделювання динаміки цих плазмових кілець і порівняли їх з тим, що ми могли б очікувати побачити від чорної діри.”Конфігурація плазми, яку ми використовуємо, не встановлюється “вручну” (при розумних припущеннях), а є результатом моделювання динаміки плазми. Це дозволяє плазмі еволюціонувати в часі і формувати структури, як це було б у природі”, – пояснив Оліварес.

“Таким чином, ми могли б пов’язати розмір темної області на зображеннях бозонних зірок (що імітує тінь чорної діри) з радіусом, де припиняється робота плазмової нестабільності. У свою чергу, це означає, що розмір темної області не є довільним-він буде залежати від властивостей простору – часу бозонної зірки – і також дозволяє нам передбачити її розмір для інших бозонних зірок, які ми не моделювали.”Вони виявили, що тінь бозонної зірки буде значно меншою, ніж тінь чорної діри аналогічної маси.

Таким чином, команда виключила M87 * як бозонну зірку – маса об’єкта була виведена з швидкості обертання газу навколо нього, і тінь занадто велика, щоб бути виробленою бозонною зіркою цієї маси.Але команда також взяла до уваги технічні можливості та обмеження телескопа Event Horizon, який доставив це перше зображення чорної діри; вони навмисно почали візуалізувати свої результати, оскільки вони думали, що бозонні Зірки можуть виглядати так, як їх зображує EHT.Це означає, що їх результати можна порівняти з майбутніми спостереженнями EHT, щоб визначити, чи дійсно те, що ми бачимо, є надмасивною чорною дірою.

Якби це було не так, це було б дуже важливо. Це не означає, що надмасивних чорних дір не існує-діапазон мас чорних дір занадто широкий для бозонних зірок. Але це натякнуло б на те, що бозонні зірки реальні, і, в свою чергу, це мало б величезне значення для всього – від інфляції ранньої Всесвіту до пошуку темної матерії.

“Це означало б, що космологічні скалярні поля існують і відіграють важливу роль у формуванні структур у Всесвіті”, – сказав Оліварес ScienceAlert.”Зростання надмасивних чорних дір досі не дуже добре вивчене, і якщо виявиться, що принаймні деякі з кандидатів насправді є бозонними зірками, нам потрібно буде подумати про різні механізми формування, пов’язані зі скалярними полями.”Дослідження було опубліковано в липні в щомісячному бюлетені Королівського астрономічного товариства.

Related posts

Leave a Comment