Космический телескоп Gaia, составляющий карту миллиардов звезд, обнаружил уникальную двойную систему, которая привлекла внимание астрономов. В центре их интереса оказалась обычная звезда, вращающаяся вокруг невидимого и чрезвычайно массивного спутника. Изначально ученые предполагали, что имеют дело с черной дырой, однако новые исследования бросают вызов этой гипотезе. Согласно последним данным, загадочный объект может оказаться бозонной звездой — гипотетическим телом, полностью состоящим из темной материи, которое до сих пор никогда не наблюдалось напрямую.
Загадочная двойная система
Обнаруженная система состоит из двух объектов. Первый — это звезда, очень похожая на наше Солнце, но немного легче (0.93 солнечной массы) и с аналогичным химическим составом. Второй объект — это ее таинственный компаньон, который в 11 раз массивнее Солнца, но при этом совершенно не излучает свет. Эти два тела разделяет расстояние примерно в 1.4 астрономических единицы (сравнимо с дистанцией от Марса до Солнца), и полный оборот вокруг общего центра масс они совершают за 188 земных дней.
Почему это не черная дыра?
Первоначальная гипотеза о черной дыре столкнулась с серьезными проблемами. Гравитационные данные, собранные Gaia, не полностью соответствуют сценарию с черной дырой звездной массы. Такие черные дыры обычно образуются в результате катастрофических взрывов сверхновых массивных звезд. В таком сценарии крайне маловероятно, чтобы более легкая звезда-компаньон, подобная обнаруженной, могла сохранить стабильную орбиту на протяжении миллионов лет после такого взрыва. Хотя теоретически такие системы возможны, они требуют множества маловероятных условий и «подгонок» параметров.
Альтернатива: бозонная звезда
Именно поэтому два астронома предложили радикально иное объяснение. В своем исследовании, размещенном на сервере препринтов arXiv, они выдвигают гипотезу, что невидимый объект может быть бозонной звездой. Это теоретический объект, предсказанный, но никогда не наблюдавшийся, который должен состоять не из обычного вещества (фермионов), а из бозонов — особого класса частиц, к которым относятся, например, фотоны. Если темная материя состоит из определенных типов сверхлегких бозонов, они могут собираться в гравитационно-связанные сгустки размером со звезду.
Что такое темная материя и бозоны?
Темная материя — это загадочная субстанция, которая не взаимодействует со светом и электромагнитным излучением, но проявляет себя через гравитационное воздействие на видимые объекты, такие как звезды и галактики. На ее долю приходится около 27% массы-энергии Вселенной и до 80% массы галактик. Ее истинная природа остается одной из главных загадок современной физики.
Бозоны — это фундаментальные частицы, которые, в отличие от частиц вещества (фермионов), могут занимать одно и то же квантовое состояние. К известным бозонам относятся фотон (частица света), глюоны (связывающие кварки), бозоны W и Z (ответственные за слабое взаимодействие) и бозон Хиггса. Теории допускают существование и других, еще не открытых типов бозонов, которые могли бы быть кандидатами на роль частиц темной материи. Если такие бозоны стабильны и обладают очень малой массой, они могут формировать огромные скопления — бозонные звезды.
Обратите внимание: Население Земли быстро растет. В 2023 году нас будет 8 миллиардов.
Значение открытия
С точки зрения внешнего наблюдателя бозонная звезда может быть очень похожа на черную дыру: она массивна, компактна и не излучает свет. Однако ее внутренняя структура и происхождение принципиально иные. Авторы исследования утверждают, что популяция бозонных звезд из темной материи может быть достаточно многочисленной, чтобы объяснить аномалии, зафиксированные Gaia. Более того, подобные объекты могут скрываться и в центрах галактик, объясняя активность их ядер без привлечения гипотезы о сверхмассивных черных дырах.
«Мы подвергаем сомнению сценарий с черной дырой и показываем, что наблюдаемую орбитальную динамику можно объяснить в рамках более общей гипотезы — бозонной звезды», — заявляют ученые. Даже если эта теория окажется неверной, изучение подобных систем предоставляет уникальную возможность проверить предсказания общей теории относительности Эйнштейна в экстремальных гравитационных условиях.
Больше интересных статей здесь: Новости науки и техники.