Рядом с нами может находиться бозонная звезда: что это и как она связана с темной материей

Если посмотреть на ночное небо, то можно увидеть миллионы светящихся звезд, которые имеют разную яркость. В то же время ученые предполагают, что космос может быть заполнен невидимыми бозонными звездами, состоящими из экзотической формы материи, которая не светится, пишет Space.

У Фокус. Технологии появился свой Telegram-канал. Подписывайтесь, чтобы не пропускать самые свежие и захватывающие новости из мира науки!

Частицы темной материи

Согласно современным представлениям о Вселенной большую часть материи в ней составляет темная материя. Имеется много косвенных доказательств того, что эта форма материи существует. Ученые считают, что темная материя является некой пока еще не обнаруженной частицей, но пока нет прямых доказательств этого.

Последние примерно 20 лет ученые считали, темная материя – это гипотетическая частица вимп или слабо взаимодействующая массивная частица. Предполагалось, что эта новая частица будет иметь примерно такую же массу, как самая тяжелая частица во Вселенной, то есть истинный кварк. Но вимп в значительной степени остается невидимой частицей, ведь она чрезвычайно редко взаимодействует с обычной материей. Но долгие поиски частицы вимп не дали результатов.

Поэтому ученые предположили, что темная материя – это гипотетическая пока не обнаруженная частица под названием аксион. Эту частицу ввели для решения проблемы, связанной с сильным взаимодействием, одной из четырех главных сил природы. Наблюдения показывают, что сильное взаимодействие подчиняется двум важным симметриям во Вселенной: заряду и четности. Это означает, что если взять сильное взаимодействие, изменить заряды всех частиц на противоположные значения и посмотреть на реакцию в зеркальном отражении, то получится тот же результат.

Но ничто в теории не говорит, что сильное взаимодействие должно подчиняться этим симметриям. Физики попытались исправить это, добавив новый параметр в уравнения и установив этот параметр равным нулю, но это не решило проблему. Затем ученые решили, что, возможно, этот параметр представляет собой новое квантовое поле, и взаимодействие с этим полем естественным образом создает симметрию. Это и есть аксион, который решает проблему симметрии.

Если аксионы существуют, то они хорошо подходят на роль темной материи, ведь их должно быть очень много, и они очень редко взаимодействуют с обычной материей, если вообще это делают. Но есть еще некоторые особенности у аксионов.

Бозонные звезды

Эти частицы, как считают физики, очень легкие. Их масса должна быть в триллионы раз меньше, чем у самой легкой частицы во Вселенной – нейтрино. Поэтому квантово-волновая природа аксионов должна проявляться макроскопических масштабах. Хотя с каждой частицей также связана волна, о ней обычно не думают, если только речь не идет о субатомных квантовых системах. Но аксионы могут распространять свою длину волны по всей галактике.

Также физики считают, что аксионы являются бозонами. Это вид частиц, которые могут находиться в одном и том же квантовом состоянии. То есть их можно уместить столько, сколько захочется, в компактный объем. Таким образом бозоны похожи на фотоны, но отличаются от других частиц, таких как электроны, которые можно поместить в компактный объем только определенное количество.

Эти два свойства аксионов означают, что они очень хорошо сжимаются до невероятно высокой плотности, притягиваясь своей собственной гравитацией. Ученые считают, что они могут создать своего рода звезду. Но эта звезда полностью невидима, ведь она не излучает свет и ни с чем не взаимодействует.

Такие звезды называют бозонными звездами, аксионными звездами и темными звездами. Считается, что они могут быть размером с обычную звезду, но могут быть также настолько огромными, что охватывают все ядро галактики.

С одной стороны, обнаружить бозонную звезду чрезвычайно сложно, только если она не находится в Солнечной системе или не проходит через Землю, чтобы аксионы могли заметить земные детекторы. С другой стороны, бозонные звезды могут делать все для того, чтобы их обнаружили. Например, они могут вмешиваться в термоядерный синтез в ядрах обычных звезд или взрываться, как сверхновые.

Как уже писал Фокус, первая в истории сфотографированная черная дыра меняется. Ученые использовали данные об изменении аккреционного диска сверхмассивной черной дыры M87*, чтобы сделать вывод о ее ориентации и массе.

Также Фокус писал о том, что физики снова проверили специальную теорию относительности Эйнштейна. Для этого использовали самую массивную частицу во Вселенной.