Есть ли во Вселенной бозонные звёзды?

Есть ли во Вселенной бозонные звёзды?

Когда-то чёрные дыры были всего лишь гипотетическими объектами, существующими только в теориях. Даже несмотря на детальные расчёты, многие отрицали возможность существования подобных объектов, лишь скептически разводя руками и вынося приговор в виде фразы Да и вообще большинство людей придерживается мнения: Полученная фотография чёрной дыры в 2019 году уже не оставила сомнений: эти объекты существуют не только на бумаге! Но сколько ещё подобных интересных обитателей Вселенной мы ещё не открыли? И о ком из них можем лишь догадываться, как о чёрных дырах? Среди таких объектов своих открытий ждут планковские звёзды, кварковые звёзды, а также бозонные звёзды – на последних мне бы и хотелось остановиться.

Что такое фермионы и бозоны?

Чтобы понять, что из себя представляют бозонные звёзды, для начала нужно разобраться, с какой вообще материей мы имеем честь быть знакомы. Все существующие элементарные частицы делятся на две группы: фермионы и бозоны.

Фермионы – это строительные кирпичики материи, кусочки реальности, не накладывающиеся друг на друга, благодаря чему образуются атомы и растут молекулы. Фермионы – это хорошо знакомые нам частицы (протоны, электроны, нейтроны), и именно они и образуют собой почти всю видимую материю во Вселенной.

Есть ли во Вселенной бозонные звёзды?

В команде бозонов присутствует «зоопарк» частиц, управляющих поведением физических взаимодействий, благодаря которым фермионы держатся друг за дружку или отталкиваются друг от друга, порождая всё, от ядерного распада до спектра света и всей химии целиком. Иными словами, бозоны контролируют поведение фермионов. Бозоны отвечают за слабое взаимодействие – оно отвечает за бета-распад атомных ядер и медленные распады частиц. Бозоны могут превращать одни частицы в другие.

В одной точке пространства может быть один фермион, а вот бозонов, окружающих его, – бесчисленное множество. Как было сказано выше, звёзды, которые мы видим в космосе, состоят преимущественно из фермионов. Бозонные же звёзды будут исключительно состоять из бозонов. К бозонам относятся такие частицы, как фотоны, глюоны, гравитоны, а также знаменитый бозон Хиггса.

Читайте также:  14 интересные факты о Замбии

Есть ли во Вселенной бозонные звёзды?

Фермионы подчиняются принципу исключения Паули, основному закону квантовой механики, который говорит о том, что две одинаковые частицы не могут быть в одном и том же состоянии в одной и той же квантовой системе. Бозоны же могут накладываться друг на друга, и если они собираются вместе, то они будут действовать как одна большая частица, или как одна большая волна материи (это тот самый корпускулярно-волновой дуализм, когда частицы могут вести себя как волны, а волны – как частицы). Кажется, что бозоны выглядят даже более «дружелюбными и коммуникабельными».

Так есть ли шанс?

Чтобы бозонные звёзды могли существовать в реальности, они должны быть стабильными, а также обладать массой, способной образовывать подобные структуры. Ни один из всех известных бозонов не может похвастаться данными качествами. Однако, наверняка учёные открыли не все бозоны. Например, бозон – гравитон, который отвечает за гравитационное взаимодействие, до сих пор не открыт и является лишь гипотетической безмассовой элементарной частицей. Гравитация – одна из самых загадочных сил во Вселенной. Мы чувствуем ежедневно её влияние (хотя бы по тому, что не падаем с Земли, или когда наблюдаем приливы и отливы в океанах), но никто толком не может объяснить, как же именно она работает. Вот примерно та же история может быть и с бозонными звёздами.

Есть ли во Вселенной бозонные звёзды?

Как бы выглядела бозонная звезда

Теоретически есть одна лазейка, из-за которой поведение бозонов станет менее дружеским, и они станут не такими «коммуникабельными». Гипотетический бозон аксион может обладать небольшой массой и отталкиваться от других аксионов, собравшихся в комок.

Достаточно большое количество аксионов вместе создадут сбалансированное облако, которое не будет блокировать свет и излучать собственный. Как и с чёрными дырами, найти такие тёмные бозонные звёзды мы сможем только по их гравитационному влиянию на окружение.
Возможно, аксионы бы послужили бы ключом к разгадке тёмной материи.

Читайте также:  Засекреченный беспилотник X-37B вывел на орбиту три спутника

Как бы скептически это не звучало, а вероятность их существования пока остаётся низкой, так как убедительных свидетельств существования аксионов ещё нет у научного сообщества.

Бозонные звезды могли сформироваться в результате гравитационного коллапса на начальных стадиях развития Вселенной после Большого взрыва, поэтому они являются, пожалуй, самыми древними объектами мироздания. Сверхмассивная бозонная звезда может, по крайней мере теоретически, находиться в центре галактики, и это может объяснить многие наблюдаемые свойства активных ядер галактик.

Единственный бозон, известный науке, – это фотон, безмассовая частица, всегда перемещающаяся со скоростью света. Учёные предполагали, что двойные бозонные звезды, возможно, могут быть обнаружены по испускаемому ими гравитационному излучению.

Открытие 2020 года – а вдруг это они!

В сентябре 2020 года коллаборация LIGO и Virgo объявила о фиксации гравитационно-волнового сигнала GW190521. Гравитационные волны – это рябь на ткани пространства-времени, распространяющаяся со скоростью света. Они возникают, когда во Вселенной происходят события невообразимых масштабов – что-то вроде «битвы титанов» (например, слияние чёрных дыр или столкновение нейтронных звёзд).

Есть ли во Вселенной бозонные звёзды?

Гравитационные волны

Обнаруженный сигнал соответствовал столкновению двух черных дыр, масса которых в 85 и 66 раз превышает массу Солнца. В результате получилась черная дыра с массой 142 Солнца. Ученые предположили, что на самом деле это были бозонные звезды, состоящие из сверхлегких бозонов, масса которых в миллиарды раз меньше массы электронов.

Ранее, с 2015 года детекторы LIGO и Virgo обнаружили и интерпретировали около 50 сигналов гравитационных волн. Все они, как считается, возникли в результате слияний черных дыр и нейтронных звезд, но, быть может, это и есть те самые неуловимые бозонные звёзды?

Есть ли во Вселенной бозонные звёзды?

Бозонные звезды почти такие же компактные, как черные дыры, но, в отличие от них, они не имеют горизонта событий. При столкновении эти экзотические объекты испускают гравитационные волны. В результате их слияния образуется большая бозонная звезда. Со временем она может стать нестабильным объектом и попросту схлопнуться в черную дыру.

Читайте также:  Научные вопросы по Эдварду Уилсону

Но почему же учёные подумали, что имеют дело не с чёрными дырами, а именно с бозонными звездами? Астрономов насторожила масса участников столкновения, ведь согласно общепринятой модели звездной эволюции, черная дыра с массой в 85 солнечных не могла образоваться в результате коллапса звезды. Это породило ряд сомнений в верности интерпретации источника GW190521.

Заинтригованные учёные продолжили «вести расследование» и предположили, что произошло столкновение двух тех самых заветных экзотических объектов, известных как бозонные звезды. В ходе своего анализа им также удалось оценить массу новой частицы, составляющей эти объекты — сверхлегкого бозона с массой в миллиарды раз меньше массы электрона.

Возможно, мы имеем дело с уникальными объектами во Вселенной, но пока этого не знаем наверняка. Лишь дальнейшие наблюдения помогут приоткрыть завесу этой удивительной тайны!

Источник

Нина Кузнецова
Главный редактор , youtesla.ru
Более 30 лет я занимаюсь наукой и технологиями. Товарищи советовали мне делиться самым интересным на просторах интернета. Изучение нового и неопознанного это моя жизнь, узнавайте самое интересное со мной.

Оцените статью
YouTesla.ru
Добавить комментарий