Невидимые звезды из темной материи: ученые ищут источник мощной гравитационной волны

гравитационные волны, черные дыры, бозонные звезды
Фото: Nicolás Sanchis-Gual and Rocío García-Souto

Исследователи предположили, что рябь в ткани пространства-времени вызвало вовсе не столкновение двух черных дыр.

В прошлом году ученые обнаружили гравитационные волны от столкновения самых массивных черных дыр из когда-либо зарегистрированных. Но теперь международная группа астрофизиков предложила экзотическую альтернативу – столкновение могло произойти между двумя гипотетическими бозонными звездами. Об этом сообщает New Atlas.

Гравитационные волны – это рябь в самой ткани пространства-времени, которую порождает одно из самых мощных гравитационных катаклизмов в космосе – чаще всего столкновением двух черных дыр или нейтронных звезд. Невероятно точные инструмента проекта LIGO / Virgo Collaboration (LVC) улавливают эти волны, когда они достигают Земли. Затем эти сигналы анализируются, чтобы узнать массу объектов, участвовавших в столкновении.

С момента первого открытия в 2015 году было обнаружено около 50 сигналов гравитационных волн, но одно было особенным. Ученые предположили, что сигнал GW190521 породило столкновение двух объектов в 65 и 85 раз больше массы Солнца. Объект, который появился в результате слияния, должен был иметь массу, как 142 Солнца, это относит его к редкому классу черных дыр средней массы (IMBHs).

По словам ученых, черная дыра такой массы значительно больше, чем масса черной дыры звездной массы, но гораздо меньше, чем сверхмассивная черная дыра.

Но группа ученых выдвинула новое объяснение, которое больше соответствует заданным условиям – столкновение бозонных звезд.

Как следует из названия, бозонные звезды (если они действительно существуют) в основном состоят из бозонов, одного из двух классов элементарных частиц. Обычные звезды в основном состоят из другого класса, известного как фермионы. Бозонные звезды теоретически будут функционировать так же, как и черные дыры, втягивая материю из окружающего пространства благодаря мощной гравитации, но с одним важным отличием.

Как известно, даже свет не может вырваться из черной дыры. Но у бозонных звезд нет этой "точки невозврата", поэтому объекты не будут выглядеть черным как смоль, а скорее прозрачными и по больше части невидимыми.

В новом исследовании ученые смоделировали слияния бозонных звезд и обнаружили, что они будут давать сигнал, соответствующий прошлогоднему GW190521. Команда утверждает, что бозонные звезды предоставляют более точное объяснение произошедшему, чем черные дыры.

Проблема с теорией о столкновении черных дыр состоит в том, что масса одной из этих дыр выходит за рамки принятых категорий. Есть черные дыры звездной массы, образовавшиеся в результате коллапса звезд, их масса составляет от 5 до 20 Солнц. Затем идут черные дыры средней массы от 100 до 10 тыс. солнечных масс. Но объект с 85 солнечными массами никак не вписывается в этот диапазон, что и озадачило ученых.

Гипотеза с бозонными звездами устраняет это несоответствие.

"Во-первых, мы больше не говорим о сталкивающихся черных дырах, что устраняет проблему с несоответствующей черной дырой. Во-вторых, поскольку слияние бозонных звезд намного слабее, мы получаем более близкое расстояние между объектами, чем изначально оценивалось. Это приводит к гораздо большей массе получившейся черной дыры, около 250 солнечных масс, и тот факт, что мы стали свидетелями образования черной дыры средней массы, остается верным", – говорит автор исследования Хуан Кальдерон Бустильо.

Хотя команда утверждает, что это может быть первым свидетельством существования бозонных звезд, на данный момент идея все еще остается теорией. Для изучения такой возможности потребуются дальнейшие исследования и улучшенное моделирование.