Новости

Ученые выяснили, как обнаружить в космосе прозрачные бозонные звезды

В прошлом году астрономическому сообществу впервые удалось увидеть образ тени черной дыры. Однако то, что удалось наблюдать астрофизикам, могло быть и другим объектом — бозонной звездой. Команда ученых выяснила, как отличить одно от другого при помощи компьютерного моделирования.

Результаты исследования были опубликованы в июле в Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, кратко о нем сообщает ScienceAlert.

Однако команда ученых, возглавляемая астрофизиком Гектором Оливаресом из Университета Радбуда в Нидерландах и Университета Гете в Германии, задумалась о том, можем ли мы быть уверены, что M87* является черной дырой? «Хотя изображение соответствует нашим ожиданиям относительно того, как будет выглядеть черная дыра, важно быть уверенным, что то, что мы видим, действительно то, что мы думаем, — сказал Оливарес. — Подобно черным дырам, бозонные звезды предсказываются общей теорией относительности и способны расти до миллионов солнечных масс и достигать очень высокой компактности. Тот факт, что они разделяют эти особенности со сверхмассивными черными дырами, побудил некоторых авторов предположить, что некоторые из сверхмассивных компактных объектов, расположенных в центре галактик, на самом деле могут быть бозонными звездами».

Оливарес и его команда спрогнозировали, как может выглядеть бозонная звезда при наблюдении с одного из наших телескопов, и как это будет отличаться от изображения черной дыры с аккреционным диском (газовый диск, который образуется вокруг компактных звездных остатков — белых карликов, нейтронных звезд и черных дыр).

Бозонные звезды — один из самых странных теоретических объектов. Если «обычные» звезды в основном состоят из частиц, называемых фермионами — протонов, нейтронов, электронов, то бозонные звезды полностью состоят из бозонов. Эти частицы, включая фотоны, глюоны и знаменитый бозон Хиггса, не следуют тем же физическим правилам, что и фермионы.

Фермионы подчиняются принципу исключения Паули, что означает, что вы не можете иметь две одинаковые частицы, занимающие одно и то же пространство. Однако бозоны могут накладываться друг на друга: когда они собираются вместе, они действуют как одна большая частица или волна материи. 

Бозонные звезды не испускают никакого излучения. Они находятся в космосе, оставаясь невидимыми, и в этом очень похоже на черные дыры. Однако, в отличие от черных дыр, бозонные звезды должны быть прозрачными — у них нет поглощающей поверхности, которая останавливала бы фотоны, и у них нет горизонта событий. При этом некоторые бозонные звезды могут быть окружены вращающимся кольцом плазмы, что будет очень похоже на аккреционный диск, который окружает черную дыру. 

Итак, Оливарес и его команда провели моделирование динамики этих плазменных колец и сравнили их с тем, что мы наблюдаем возле черной дыры. Они обнаружили, что тень бозонной звезды будет значительно меньше, чем тень черной дыры аналогичной массы. Таким образом, команда исключила M87* как бозонную звезду — масса объекта была выведена из скорости вращения газа вокруг него, и тень слишком велика, чтобы быть произведенной бозонной звездой такой массы.

Результаты можно сравнить с будущими наблюдениями, чтобы определить, действительно ли то, что мы видим, является сверхмассивной черной дырой.

Ранее ученые выяснили, как определить массу черной дыры.

Изображение слева направо: невращающаяся черная дыра; вращающаяся черная дыра; бозонная звезда, как они выглядят для телескопа EHT. (Olivares et al., MNRAS, 2020)

Читайте также
Как отбирают в космонавты — сейчас и во времена Гагарина
Как отбирают в космонавты — сейчас и во времена Гагарина
Каковы требования к космонавтам сейчас? И как выбирали кандидатов на первые полеты на орбиту?
Вопрос науки. Как космос делает из здоровых мужиков «развалин»
Вопрос науки. Как космос делает из здоровых мужиков «развалин»
«Я не знал, что мне будет настолько плохо, когда я вернусь».
Научный блог. Теперь наша космонавтика отстает на 10 лет
Научный блог. Теперь наша космонавтика отстает на 10 лет
Научный журналист Виталий Егоров объясняет, в чем дело