Uhyggelige stjerner fra 'Dark Matter' kan stå bag den største gravitationsbølgedetektion endnu

Kunstnerindtryk af sammensmeltning af bosonstjerner. (Nicolás Sanchis-Gual og Rocío García Souto/IGFAE)

Den 21. maj 2019, fra en afstand af 7 milliarder lysår væk, blev vores gravitationsbølge detektorer blev rystet af den hidtil mest massive kollision. Fra analyse af signalet konkluderede astronomer, at påvisningen var resultatet af to sorte huller smadre sammen og vejer henholdsvis 66 og 85 gange Solens masse.

Men hvad nu hvis det var noget andet? En ny undersøgelse giver en anden fortolkning af begivenheden. Det er muligt, ifølge et internationalt hold af astrofysikere, at de to objekter slet ikke var sorte huller, men mystiske, teoretiske objekter kaldet boson stjerner - potentielt sammensat af undvigende kandidater til mørkt stof .

Gravitationsbølgebegivenheden, kaldetGW 190521, var en spektakulær opdagelse. Objektet, der blev resultatet af sammenlægningen af ​​de to objekter, ville have været en sort hul på omkring 142 gange Solens masse - inden for det mellemliggende masseområde, som intet sort hul nogensinde var blevet opdaget før, kaldet det sorte huls øvre massegab.



Det var ekstremt pænt, men der var et kæmpe puslespil - det sorte hul på 85 solmasser, der angiveligt var involveret i kollisionen. Ifølge vores modeller kan sorte huller over omkring 65 solmasser ikke dannes fra en enkelt stjerne, ligesom stjernemasse sorte huller.

Det skyldes, at forløberstjernerne, der ville producere et sort hul i dette masseområde, er så massive, at deres supernovaer - kendt som par-ustabile supernovaer - burde fuldstændig udslette stjernekernen og efterlade intet, der gravitationsmæssigt kunne kollapse til et sort hul.

Mens vores forståelse af dannelsen af ​​stjerner som 'tvillinger' ikke pænt tillader par af stjernernes sorte huller at blive født tæt nok til at kombineres, er det sandsynligt, at forklaringen er to mindre sorte huller, der smelter sammen. Men hvis vi går alene efter dataene, passer en anden model endnu bedre.

Det er muligt, at det sorte hul var produktet af en tidligere fusion mellem to mindre sorte huller. Anført af Juan Calderón Bustillo fra det galiciske institut for højenergifysik i Spanien, har forskerholdet fastslået, at bosonstjerner ville være et perfekt match til tallene.

'Vores resultater viser, at de to scenarier næsten ikke kan skelnes i betragtning af dataene, selvom den eksotiske bosonstjernehypotese er lidt foretrukket,' sagde astrofysiker José Font ved universitetet i Valencia i Spanien.

'Dette er meget spændende, da vores bosonstjerne-model lige nu er meget begrænset og underlagt store forbedringer. En mere udviklet model kan føre til endnu større beviser for dette scenarie og vil også give os mulighed for at studere tidligere gravitationsbølgeobservationer under boson-stjerne-fusionsantagelsen.'

Bosonstjerner er i øjeblikket rent teoretiske og er aldrig blevet opdaget før, men de er af stigende interesse for astronomer, især i søgen efter mørkt stof.

De er, ligesom sorte huller, forudsagt af generel relativitetsteori , og er i stand til at vokse til millioner af solmasser i en meget kompakt størrelse.

Som vi hartidligere rapporteret, hvor stjerner primært består af partikler kaldet fermioner - protoner, neutroner, elektroner, de ting, der udgør mere væsentlige dele af vores univers - bosonstjerner ville udelukkende bestå afbosoner. Disse partikler - herunder fotoner, gluoner og de berømte Higgs boson - følg ikke de samme fysiske regler somfermioner.

Fermioner er underlagt Pauli udelukkelsesprincip , hvilket betyder, at du ikke kan have to eller flere partikler med nøjagtig de samme kvantetilstande, hvilket inkluderer det rum, de sidder i. Bosoner kan dog overlejres; når de kommer sammen, fungerer de som én stor partikel eller materiebølge . Vi ved det, fordi det er blevet gjort i et laboratorium, der producerer det, vi kalder enBose-Einstein kondensat.

I tilfælde af bosonstjerner kan partiklerne presses ind i et rum, som kan beskrives med distinkte værdier eller punkter på en skala. Givet den rigtige slags bosoner i de rigtige arrangementer, kan dette 'skalære felt' falde ind i et relativt stabilt arrangement.

Boson-stjerner kan faktiskligner meget sorte huller, bortset fra én egenskab: de har ikke en absorberende overflade, der ville stoppe fotoner, eller en begivenhedshorisont, så de ville fremstå fuldstændig gennemsigtige. De er dybest set kompakte klatter af Bose-Einstein kondensat i rummet.

De utallige partikler, der udgør så massive stjerner, skulle ironisk nok være utrolig lette med millioner af gange mindre masse end en elektron.

Interessant nok ville denne form for ultralet boson også være en kandidat til mørkt stof - den ukendte, usete masse, der er ansvarlig for al den ekstra tyngdekraft, der flyder rundt i universet, som vi ikke kan redegøre for. Så at finde bosonstjerner ville i det mindste gå et stykke vej mod at løse et af de største mysterier i kosmos.

Ifølge holdets beregninger, hvis GW 190521 var en fusion mellem to bosonstjerner, ville de involverede masser og afstande være anderledes, men det ville løse problemet med det sorte hul med 85 solmasser.

'For det første ville vi ikke længere tale om kolliderende sorte huller, hvilket eliminerer spørgsmålet om at håndtere et 'forbudt' sort hul,' sagde Calderon Bustillo .

'For det andet, fordi bosonstjernefusioner er meget svagere, udleder vi en meget tættere afstand end den, som LIGO og Jomfruen anslår. Dette fører til en meget større masse for det endelige sorte hul, på omkring 250 solmasser, så det faktum, at vi har været vidne til dannelsen af ​​et mellemmasse sort hul, forbliver sandt.'

I holdets scenarie, da de to bosonstjerner kolliderede, dannede de en større bosonstjerne, der kunne være blevet ustabil og kollapsede ned i et sort hul, så det er faktisk umuligt at sige, om fortolkningen af ​​bosonstjernen er korrekt, selvom vi kunne se det tydeligt over den reviderede 1,9 milliarder lysårs afstand.

I stedet giver analysen os værktøjerne til at studere gravitationsbølgehændelser med mellemmasser fremadrettet i sammenhæng med bosonstjerner såvel som sorte huller, med håbet om at finde svar i fremtiden.

'Hvis det bekræftes af efterfølgende analyse af denne og andre gravitationsbølgeobservationer,' sagde astrofysiker Carlos Herdeiro fra University of Aveiro i Portugal, 'vores resultat ville give det første observationsbevis for en længe søgt kandidat til mørkt stof.'

Forskningen er publiceret i Fysiske anmeldelsesbreve .

Populære Kategorier: Natur , Plads , Samfund , Sundhed , Forklarer , Tech , Fysik , Mennesker , Ukategoriseret , Mening ,

Om Os

Offentliggørelse Af Uafhængige, Beviste Fakta Om Rapporter Om Sundhed, Rum, Natur, Teknologi Og Miljøet.