Согласно заявлению физиков, представленному в исследовании, опубликованном в журнале , гравитационные волны, зарегистрированные в 2019 году, могли быть порождены столкновением двух бозонных звезд, а не пары массивных черных дыр. Physical Review LettersВ случае подтверждения этих выводов, данное событие станет первым прямым свидетельством существования загадочных гипотетических объектов, рассматриваемых как потенциальные кандидаты в состав темной материи – компонента Вселенной, масса которой составляет 27%.
Авторы исследования отмечают: «Бозонные звезды обладают схожей компактностью с черными дырами, однако не содержат горизонта событий. При взаимодействии эти экзотические объекты генерируют гравитационные волны, а их слияние приводит к формированию крупной бозонной звезды, которая впоследствии может оказаться нестабильной и трансформироваться в черную дыру. В отличие от обычных звезд, бозонные звезды состоят из сверхлегких бозонов, представляющих собой один из наиболее перспективных кандидатов на роль темной материи».
Гравитационные волны – это своего рода возмущения в структуре пространства-времени, распространяющиеся со скоростью света. Инициируют их самые разрушительные процессы, происходящие во Вселенной.
Начиная с 2015 года детекторы LIGO и Virgo зарегистрировали приблизительно 50 сигналов гравитационных волн и провели их анализ. Предполагается, что эти сигналы образовались в результате объединения черных дыр и нейтронных звезд, что дало физикам возможность расширить представления об этих астрофизических объектах.
Авторы исследования подчеркивают: «Гравитационные волны открывают гораздо более широкие перспективы, поскольку в будущем они способны предоставить убедительные свидетельства существования ранее не идентифицированных и даже неожиданных объектов, а также помочь в раскрытии современных научных загадок, например, касающихся природы темной материи. И, возможно, этот момент уже наступил».
В сентябре 2020 года совместная группа LIGO и Virgo объявила о фиксации гравитационно-волнового сигнала GW190521. Согласно результатам их анализа, событие указывает на слияние двух черных дыр, масса которых составляла соответственно 85 и 66 солнечных масс. В итоге этого процесса сформировалась черная дыра, чья масса превышает массу Солнца в 142 раза.
Необычайно большая масса сталкивающихся объектов создала серьезные трудности, поскольку стандартная модель эволюции звезд не предусматривает возможность формирования черной дыры массой в 85 солнечных масс путем гравитационного коллапса звезды. Это вызвало вопросы относительно правильности интерпретации источника GW190521.
«Мы выдвигаем альтернативную гипотезу о происхождении сигнала GW190521: слияние двух экзотических объектов, которые называют бозонными звездами. В процессе анализа нам также удалось определить массу новой частицы, из которой состоят эти объекты – сверхлегкого бозона, масса которого в миллиарды раз меньше массы электрона», – объяснили ученые, проводившие исследование.
В ходе работы физики сопоставили данные о событии GW190521 с смоделированным сигналом гравитационных волн, возникшим при объединении бозонных звезд, и установили, что полученные результаты дают более точное объяснение наблюдениям, чем анализ, выполненный LIGO и Virgo.
«Прежде всего, нам больше не требуется наличие черных дыр, что решает проблему их «недопустимых» масс. Кроме того, поскольку слияние бозонных звезд характеризуется значительно меньшей интенсивностью, мы предполагаем, что расстояние до источника было гораздо меньше, чем оценивалось LIGO и Virgo. Это, в свою очередь, приводит к увеличению массы образовавшегося объекта примерно до 250 солнечных масс, сохраняя при этом возможность формирования черной дыры промежуточной массы», – заявили авторы исследования.
Ученые-физики подчеркивают, что на текущий момент сценарии, связанные с черными дырами и бозонными звездами, практически не отличаются друг от друга, однако гипотеза об экзотических объектах представляется несколько более перспективной. Усовершенствованная модель бозонных звезд способна склонить баланс в пользу одной из теорий и может потребовать переоценки других явлений гравитационных волн с точки зрения их происхождения.
«Наиболее интригующим аспектом нашей работы является то, что нам удалось определить массу этой гипотетической новой частицы темной материи, и нулевое значение было исключено с высокой степенью достоверности», – заявили авторы научной работы.
