Получено первое в истории свидетельство о бозонных звездах
Изображение: Nicolás Sanchis-Gual / Rocío García Souto / phys.org
Международная группа ученых под руководством специалистов Института физики высоких энергий Галисии (Испания) и Авейрусского университета (Португалия) пришла к выводу, что гравитационная волна GW190521 могла быть вызвана столкновением не черных дыр, а куда более экзотических бозонных звезд. Если это действительно так, то исследователи, возможно, получили первое в истории свидетельство о существовании гипотетических объектов, являющихся кандидатами в темную материю. Статья опубликована в журнале Physical Review Letters.
В сентябре 2020 года физики объявили о регистрации сигнала GW190521, который соответствует столкновению двух черных дыр, масса которых в 85 и 66 раз превышает массу Солнца, в результате чего образовалась черная дыра с массой 142 Солнца. Этот объект является недостающим звеном между сверхмассивными черными дырами и дырами звездной массы и принадлежит к ранее не наблюдавшемуся семейству черных дыр. Однако неизвестно, каким образом могла сформироваться черная дыра с массой 85 Солнц.
Для решения этой проблемы ученые предположили, что оба объекта на самом деле были бозонными звездами, состоящими из сверхлегких бозонов с массой в миллиарды раз меньше массы электронов. Неограниченное число бозонов (к ним относятся, например, фотоны) способно занимать одно и то же квантовое состояние, что отличает их от фермионов (например, электронов), на которых распространяется принцип запрета Паули.
Исследователи смоделировали слияние бозонных звезд и сравнили теоретический гравитационно-волновой сигнал, испущенный при этом событии, с GW190521. В этом случае оба объекта будут находиться на более близком расстоянии от Земли, а результирующая черная дыра будет обладать массой 250 Солнц.
Бозонные звезды настолько же компактные, как и черные дыры, однако не имеют горизонта событий. Однако при столкновении они становятся неустойчивыми и коллапсируют в черную дыру. Модель предполагает, что этот сценарий чуть предпочтительнее, чем слияние черных дыр, однако дальнейшие исследования должны будут подтвердить или опровергнуть его.
