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)
