Невидимые звезды из «темной материи» могут объяснить самые мощные гравитационные волны

21 мая 2019 года наши детекторы гравитационных волн были потрясены самым мощным столкновением космических тел на сегодняшний день. Из анализа сигнала астрономы пришли к выводу, что обнаружение было результатом столкновения двух черных дыр, которые весили в 66 и 85 раз больше массы Солнца соответственно.

Но что, если это было что-то другое? Новое исследование предлагает иную интерпретацию события. По мнению группы астрофизиков, возможно, что эти два объекта были вовсе не черными дырами, а загадочными теоретическими объектами, называемыми бозонными звездами, которые потенциально состоят из неуловимых частиц темной материи.

Событие гравитационной волны, получившее название GW 190521, было впечатляющим открытием. Объект, который возник в результате слияния двух объектов, стал бы черной дырой, масса которой примерно в 142 раза больше массы Солнца.

Но возник вопрос – существование черной дыры массой 85 солнечных масс, предположительно участвовавшая в столкновении. Согласно нашим моделям, черные дыры массой более 65 солнечных масс не могут образоваться из одной звезды, как черные дыры звездной массы.

Это потому, что звезды-предшественники, которые могли бы создать черную дыру в этом диапазоне масс, настолько массивны, что при взрыве сверхновой, известные как сверхновые с парной нестабильностью, должны полностью уничтожить ядро ​​звезды, не оставив после себя ничего, что могло бы гравитационно схлопнуться в черную дыру.

В то время как наше понимание образования звезд не совсем точно позволяет парам звездных черных дыр рождаться достаточно близко для объединения, вполне вероятно, что объяснение заключается в слиянии двух меньших черных дыр. Но если мы будем опираться только на данные, другая модель подходит еще лучше.

Возможно, что черная дыра была продуктом предыдущего слияния двух меньших черных дыр.

Исследовательская группа, возглавляемая Хуаном Кальдероном Бустильо из института физики высоких энергий в Испании, определила, что бозонные звезды идеально подходят под полученные данные.

«Наши результаты показывают, что эти два сценария почти неразличимы, учитывая данные, хотя гипотеза гипотетической бозонной звезды немного предпочтительнее», — сказал астрофизик Хосе Фонт из Университета Валенсии в Испании.

«Это очень интересно, поскольку наша модель бозонной звезды на данный момент очень ограничена и подлежит значительным улучшениям. Более развитая модель может привести к лучшим доказательствам этого сценария, а также позволит нам изучить предыдущие гравитационные исследования».

Бозонные звезды на данный момент существуют только теоретически и никогда ранее не обнаруживались, но они вызывают растущий интерес астрономов, особенно в поисках темной материи.

Они, как черные дыры, предсказываются общей теорией относительности и могут достигать миллионов солнечных масс при очень компактных размерах.

Бозонные звезды могут быть очень похожи на черные дыры, за исключением одной характеристики: у них нет поглощающей поверхности, которая останавливала бы фотоны, или горизонта событий, поэтому они выглядели бы полностью прозрачными. По сути, это компактные капли конденсата Бозе-Эйнштейна в космосе.

По иронии судьбы бесчисленные частицы, составляющие такие массивные звезды, должны быть невероятно легкими, с массой в миллионы раз меньше массы электронов.

Интересно, что этот вид сверхлегкого бозона также может быть кандидатом на роль темной материи — неизвестной невидимой массы, ответственной за всю дополнительную гравитацию, Вселенной, которую мы не можем объяснить. Так что обнаружение бозонных звезд поможет решить одну из самых интересных космических загадок.

Согласно расчетам команды, если бы GW 190521 был слиянием двух бозонных звезд, массы и расстояния были бы другими, но это решило бы проблему черной дыры с массой 85 солнечных масс.

«Если наш результат будет подтвержден последующим анализом этого и других наблюдений за гравитационными волнами, — сказал астрофизик Карлос Хердейро из Университета Авейру в Испании, — то мы получим первое наблюдательное свидетельство темной материи».

Исследование было опубликовано в Physical Review Letters.

Источники: Фото: Nicolás Sanchis-Gual and Rocío García Souto