Поруч із нами може перебувати бозонна зірка: що це і як вона пов'язана з темною матерією

Якщо подивитися на нічне небо, то можна побачити мільйони зірок, що світяться і мають різну яскравість. Водночас учені припускають, що космос може бути заповнений невидимими бозонними зірками, які складаються з екзотичної форми матерії, що не світиться, пише Space.

У Фокус. Технології з'явився свій Telegram-канал. Підписуйтесь, щоб не пропускати найсвіжіші та найзахопливіші новини зі світу науки!

Частинки темної матерії

Згідно з сучасними уявленнями про Всесвіт більшу частину матерії в ньому становить темна матерія. Є багато непрямих доказів того, що ця форма матерії існує. Вчені вважають, що темна матерія є якоюсь поки що не виявленою часткою, але поки що немає прямих доказів цього.

Останні приблизно 20 років учені вважали, що темна матерія — це гіпотетична частинка вімп, або слабко взаємодіюча масивна частинка. Передбачалося, що ця нова частинка матиме приблизно таку саму масу, як найважча частинка у Всесвіті, тобто істинний кварк. Але вімп значною мірою залишається невидимою частинкою, адже вона надзвичайно рідко взаємодіє зі звичайною матерією. Але довгі пошуки частинки вімп не дали результатів.

Тому вчені припустили, що темна матерія — це гіпотетична поки що не виявлена частинка під назвою аксіон. Цю частинку ввели для розв'язання проблеми, пов'язаної із сильною взаємодією, однією з чотирьох головних сил природи. Спостереження показують, що сильна взаємодія підпорядковується двом важливим симетріям у Всесвіті: заряду і парності. Це означає, що якщо взяти сильну взаємодію, змінити заряди всіх частинок на протилежні значення і подивитися на реакцію в дзеркальному відображенні, то вийде той самий результат.

Але ніщо в теорії не говорить, що сильна взаємодія має підкорятися цим симетріям. Фізики спробували виправити це, додавши новий параметр у рівняння і встановивши цей параметр рівним нулю, але це не розв'язало проблему. Потім учені вирішили, що, можливо, цей параметр являє собою нове квантове поле, і взаємодія з цим полем природним чином створює симетрію. Це і є аксіон, який вирішує проблему симетрії.

Якщо аксіони існують, то вони добре підходять на роль темної матерії, адже їх має бути дуже багато, і вони дуже рідко взаємодіють зі звичайною матерією, якщо взагалі це роблять. Але є ще деякі особливості в аксіонів.

Бозонні зірки

Ці частинки, як вважають фізики, дуже легкі. Їхня маса має бути в трильйони разів меншою, ніж у найлегшої частинки у Всесвіті — нейтрино. Тому квантово-хвильова природа аксіонів має проявлятися в макроскопічних масштабах. Хоча з кожною частинкою також пов'язана хвиля, про неї зазвичай не думають, якщо тільки не йдеться про субатомні квантові системи. Але аксіони можуть поширювати свою довжину хвилі по всій галактиці.

Також фізики вважають, що аксіони є бозонами. Це вид частинок, які можуть перебувати в одному й тому ж квантовому стані. Тобто їх можна вмістити стільки, скільки заманеться, у компактний об'єм. Таким чином бозони схожі на фотони, але відрізняються від інших частинок, як-от електрони, які можна помістити в компактний об'єм лише певну кількість.

Ці дві властивості аксіонів означають, що вони дуже добре стискаються до неймовірно високої щільності, притягуючись своєю власною гравітацією. Вчені вважають, що вони можуть створити свого роду зірку. Але ця зірка повністю невидима, адже вона не випромінює світло і ні з чим не взаємодіє.

Такі зірки називають бозонними зірками, аксіонними зірками та темними зірками. Вважається, що вони можуть бути розміром зі звичайну зірку, але можуть бути також настільки величезними, що охоплюють усе ядро галактики.

З одного боку, виявити бозонну зірку надзвичайно складно, тільки якщо вона не перебуває в Сонячній системі або не проходить через Землю, щоб аксіони могли помітити земні детектори. З іншого боку, бозонні зірки можуть робити все для того, щоб їх виявили. Наприклад, вони можуть втручатися в термоядерний синтез у ядрах звичайних зірок або вибухати, як наднові.

Як уже писав Фокус, перша в історії сфотографована чорна діра змінюється. Вчені використовували дані про зміну аккреційного диска надмасивної чорної діри M87*, щоб зробити висновок про її орієнтацію і масу.

Також Фокус писав про те, що фізики знову перевірили спеціальну теорію відносності Ейнштейна. Для цього використовували наймасивнішу частинку у Всесвіті.