Слияние бозонных звезд объясняет гравитационные волны и темную материю
AstroNews.ru - 27 Февраля 2021 17:12:22
Международная команда исследователей показывает в новой работе, что самое мощное столкновение между черными дырами, когда-либо зарегистрированное наукой, гравитационно-волновое событие GW190521, может на самом деле иметь альтернативное и еще более таинственное объяснение – представлять собой столкновение между двумя бозонными звездами. Это стало бы первым подтверждением существования данных гипотетических объектов, позволяющих дать новое объяснение темной материи, на которую приходится 27 процентов массы всей Вселенной.
Гравитационные волны представляют собой «рябь» пространства-времени, распространяющуюся со скоростью света. Они рождаются в ходе самых мощных столкновений во Вселенной и несут информацию о породившем их источнике. Начиная с 2015 г., коллаборации LIGO (США) и Virgo (Италия) обнаруживают и интерпретируют гравитационные волны. До настоящего времени эти детекторы уже зарегистрировали примерно 50 гравитационно-волновых сигналов. Все принятые сигналы сформировались в результате столкновений и слияний между черными дырами и нейтронными звездами, что позволило физикам глубже понять эти таинственные объекты.
Однако перспективность гравитационно-волновых наблюдений не ограничивается только описанными выше событиями. Согласно авторам нового исследования, гравитационные волны позволят нам обнаружить новые ненаблюдаемые и даже неожиданные объекты и пролить свет на природу темной материи.
В сентябре 2020 г. коллаборация LIGO and Virgo объявила миру об обнаружении гравитационно-волнового события GW190521. Согласно анализу, проведенному учеными коллаборации, этот сигнал согласуется со столкновением между двумя черными дырами массами в 85 и 66 масс Солнца, в результате которого образуется результирующая черная дыра массой в 142 массы нашего светила. Однако у этого объяснения есть один большой недостаток – согласно современным моделям формирования черных дыр звездных масс, формирование из одиночной звезды черной дыры массой 85 масс Солнца, являющейся одной из исходных черных дыр в процессе этого предполагаемого столкновения, маловероятно.
В новой работе команда под руководством доктора Хуана Калдерона Бустильо (Juan Calderón Bustillo) из Института физики высоких энергий Галисии, Испания, предлагает альтернативное объяснение происхождения гравитационно-волнового сигнала GW190521: столкновение между двумя экзотическими объектами, известными как бозонные звезды, которые дают одну из самых соблазнительных возможностей объяснения темной материи. В своем анализе команда смогла оценить массу новой частицы, входящей в состав вещества этих звезд. Согласно расчетам, масса этого сверхлегкого бозона в миллиарды раз меньше массы электрона.
В своей работе команда также сравнила сигнал GW190521 с результатами компьютерного моделирования столкновений между бозонными звездами и нашла, что такие столкновения могут объяснить данные наблюдений чуть лучше, чем анализ, проведенный коллаборацией LIGO and Virgo.
Исследование опубликовано в журнале Physical Review Letters.