Слияние бозонных звезд объясняет гравитационные волны и темную материю

Слияние бозонных звезд объясняет гравитационные волны и темную материю

Слияние бозонных звезд объясняет гравитационные волны и темную материю

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.

2

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.

Источник