Το Διάστημα θα μπορούσε να είναι γεμάτο με τρομακτικά διαφανή αστέρια κατασκευασμένα εξ ολοκλήρου από Bosons(μποζόνια)
sciencealert.com - 7spymania.com -Πέρυσι, η αστρονομική κοινότητα πέτυχε ένα απόλυτο θαύμα. Για πρώτη φορά, ο κόσμος έβλεπε συλλογικά μια πραγματική εικόνα της σκιάς μιας μαύρης τρύπας. Ήταν το αποκορύφωμα των χρόνων εργασίας, ένα θαυμάσιο επίτευγμα τόσο στην ανθρώπινη συνεργασία όσο και στην τεχνική ευφυΐα.
Και, όπως οι καλύτερες επιστημονικές ανακαλύψεις, άνοιξε έναν εντελώς νέο κόσμο έρευνας. Για μια ομάδα με επικεφαλής τον αστροφυσικό Hector Olivares από το Πανεπιστήμιο Radboud στις Κάτω Χώρες και το Πανεπιστήμιο Goethe στη Γερμανία, αυτή η έρευνα ήταν: πώς γνωρίζουμε ότι το M87 * είναι μια μαύρη τρύπα;
"Ενώ η εικόνα είναι σύμφωνη με τις προσδοκίες μας σχετικά με το πώς θα μοιάζει μια μαύρη τρύπα, είναι σημαντικό να είμαστε σίγουροι ότι αυτό που βλέπουμε είναι πραγματικά αυτό που πιστεύουμε", δήλωσε ο Olivares στο ScienceAlert.
"Ομοίως με τις μαύρες τρύπες, τα αστέρια του μποζονίου προβλέπονται από τη γενική σχετικότητα και είναι σε θέση να αναπτυχθούν σε εκατομμύρια ηλιακές μάζες και να φτάσουν σε πολύ υψηλή συμπύκνωση. Το γεγονός ότι μοιράζονται αυτά τα χαρακτηριστικά με υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες οδήγησε ορισμένους συγγραφείς να προτείνουν ότι ορισμένα από τα τα υπερμεγέθη συμπαγή αντικείμενα που βρίσκονται στο κέντρο των γαλαξιών θα μπορούσαν πραγματικά να είναι αστέρια μποζονίου. "
Έτσι, ο Olivares και η ομάδα του έχουν υπολογίσει πώς μοιάζει ένα αστέρι μποζόνιου με ένα από τα τηλεσκόπια μας και πώς θα διαφέρει από την άμεση εικόνα μιας μαύρης τρύπας.
Τα αστέρια Boson είναι από τα πιο παράξενα θεωρητικά αντικείμενα εκεί έξω. Δεν μοιάζουν πολύ με τα συμβατικά αστέρια, εκτός από το ότι είναι μια σφαίρα της ύλης. Αλλά όπου τα αστέρια αποτελούνται κυρίως από σωματίδια που ονομάζονται φερμόνια - πρωτόνια, νετρόνια, ηλεκτρόνια, η ουσία που σχηματίζει πιο ουσιαστικά μέρη του Σύμπαντός μας - τα αστέρια μποζόνια θα αποτελούνται εξ ολοκλήρου από ... μποζόνια.
Αυτά τα σωματίδια - συμπεριλαμβανομένων των φωτονίων, των γλουόνων και του διάσημου μποζονίου Higgs - δεν ακολουθούν τους ίδιους φυσικούς κανόνες με τα φερμιόνια.
γράφημα φερμιόνια και μποζόνια
Τα Fermions υπόκεινται στην αρχή αποκλεισμού Pauli, που σημαίνει ότι δεν μπορείτε να έχετε δύο ίδια σωματίδια που καταλαμβάνουν τον ίδιο χώρο. Ωστόσο, τα μποζόνια μπορούν να τοποθετηθούν όταν ενώνονται, δρουν σαν ένα μεγάλο σωματίδιο ή κύμα ύλης. Το γνωρίζουμε αυτό, επειδή έχει γίνει σε ένα εργαστήριο, παράγοντας αυτό που αποκαλούμε συμπύκνωμα Bose-Einstein.
Στην περίπτωση των αστεριών μποζονίου, τα σωματίδια μπορούν να συμπιεστούν σε ένα χώρο που μπορεί να περιγραφεί με διακριτές τιμές ή σημεία σε μια κλίμακα. Λαμβάνοντας υπόψη το σωστό είδος μποζονών στις σωστές ρυθμίσεις, αυτό το «σκοτεινό πεδίο» θα μπορούσε να πέσει σε μια σχετικά σταθερή διάταξη.
Αυτή είναι τουλάχιστον η θεωρία. Όχι ότι κανένας έχει δει ένα σε δράση. Βοσόνια με τη μάζα που απαιτείται για να σχηματίσουν μια τέτοια δομή, πόσο μάλλον ένα με τη μάζα μιας υπερμεγέθους μαύρης τρύπας, δεν έχουν ακόμη εντοπιστεί.
Εάν μπορούσαμε να αναγνωρίσουμε ένα μποζονικό αστέρι, θα είχαμε εντοπίσει αποτελεσματικά αυτό το αόριστο σωματίδιο.
"Προκειμένου να σχηματιστεί μια δομή τόσο μεγάλη όσο οι υποψήφιοι SMBH, η μάζα του μποζονίου πρέπει να είναι εξαιρετικά μικρή (λιγότερο από 10-17 ηλεκτρονικά βολτ)", δήλωσε ο Olivares.
"Spon-0 μποζόνια με παρόμοιες ή μικρότερες μάζες εμφανίζονται σε πολλά κοσμολογικά μοντέλα και θεωρίες χορδών, και έχουν προταθεί ως υποψήφιοι σκοτεινής ύλης με διαφορετικά ονόματα (σκοτεινή ουσία σκοτεινή ύλη, υπεριώδεις αξονές, ασαφή σκοτεινή ύλη, σκοτεινή ύλη κβαντικών κυμάτων) Τέτοια υποθετικά σωματίδια θα ήταν εξαιρετικά δύσκολο να εντοπιστούν, αλλά η παρατήρηση ενός αντικειμένου που μοιάζει με ένα αστέρι μποζονίου θα έδειχνε την ύπαρξή τους. "
Τα αστέρια Boson δεν συντήκουν πυρήνες και δεν εκπέμπουν ακτινοβολία. Απλώς κάθονταν εκεί στο διάστημα, αόρατοι. Μοιάζει πολύ με τις μαύρες τρύπες.
Σε αντίθεση με τις μαύρες τρύπες, ωστόσο, τα αστέρια του μποζονίου θα ήταν διαφανή - δεν διαθέτουν απορροφητική επιφάνεια που θα σταματούσε τα φωτόνια, ούτε έχουν ορίζοντα γεγονότων. Τα φωτόνια μπορούν να ξεφύγουν από τα μποζόνια αστέρια, αν και η πορεία τους μπορεί να λυγίσει λίγο από τη βαρύτητα.
Αλλά μερικά αστέρια μποζονίου μπορεί να περιβάλλονται από έναν περιστρεφόμενο δακτύλιο πλάσματος - μοιάζει πολύ με τον δίσκο συσσώρευσης που περιβάλλει μια μαύρη οπή. Και θα μοιάζει αρκετά παρόμοιο, σαν ένα λαμπερό ντόνατ με μια σκοτεινή περιοχή μέσα.
Έτσι, ο Olivares και η ομάδα του πραγματοποίησαν προσομοιώσεις της δυναμικής αυτών των δακτυλίων πλάσματος και τους συνέκριναν με αυτό που θα περίμενε κανείς να δει για μια μαύρη τρύπα.
«Η διαμόρφωση πλάσματος που χρησιμοποιούμε δεν έχει ρυθμιστεί« με το χέρι »(υπό λογικές υποθέσεις), αλλά προκύπτει από προσομοίωση της δυναμικής του πλάσματος. Αυτό επιτρέπει στο πλάσμα να εξελίσσεται εγκαίρως και να σχηματίζει δομές όπως θα ήταν στη φύση," Olivares εξήγησε.
Με αυτόν τον τρόπο θα μπορούσαμε να συσχετίσουμε το μέγεθος της σκοτεινής περιοχής στις εικόνες αστέρι του μποζονίου (που μιμούνται μια σκιά μαύρης τρύπας) με την ακτίνα όπου η αστάθεια πλάσματος σταματά να λειτουργεί. Με τη σειρά του, αυτό σημαίνει ότι το μέγεθος της σκοτεινής περιοχής δεν είναι αυθαίρετο - θα εξαρτάται από τις ιδιότητες του αστεριού μποζονίου χωροχρόνου - και μας επιτρέπει επίσης να προβλέψουμε το μέγεθός του για άλλα μποζονικά αστέρια που δεν έχουμε προσομοιώσει. "
Διαπίστωσαν ότι η σκιά του μποζονίου θα ήταν σημαντικά μικρότερη από τη σκιά μιας μαύρης τρύπας παρόμοιας μάζας. Έτσι, το M87 * θα μπορούσε να αποκλειστεί ως αστέρι μποζονίου - τουλάχιστον όπως διαμορφώθηκε από την ομάδα.
"Η μάζα του [M87 *] που συνάγεται από την αστρική δυναμική είναι σύμφωνη με τις προσδοκίες για το μέγεθος της σκιάς της για την περίπτωση μιας μαύρης τρύπας, οπότε η σκοτεινή περιοχή είναι πολύ μεγάλη για να αντιστοιχεί σε ένα μη περιστρεφόμενο αστέρι μποζονίου παρόμοιο με εκείνο μελετήσαμε ", δήλωσε ο Olivares στο ScienceAlert.
Αλλά η ομάδα έλαβε επίσης υπόψη τις τεχνικές δυνατότητες και τους περιορισμούς του Τηλεσκοπίου Event Horizon, το οποίο έδωσε την πρώτη εικόνα μαύρης τρύπας. έθεσαν σκόπιμα να απεικονίσουν τα αποτελέσματά τους, καθώς πίστευαν ότι τα αστέρια του μποζόνιου θα μπορούσαν να φαίνονται όπως απεικονίζονται από το EHT.
Αυτό σημαίνει ότι τα αποτελέσματά τους μπορούν να συγκριθούν με μελλοντικές παρατηρήσεις EHT, για να καθοριστεί εάν αυτό που εξετάζουμε είναι πράγματι μια υπερμεγέθη μαύρη τρύπα.
Εάν δεν ήταν, αυτό θα ήταν μια πολύ μεγάλη υπόθεση. Δεν θα σήμαινε ότι δεν υπάρχουν υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες - το εύρος των μαζών για τις μαύρες τρύπες είναι πολύ ευρύ για τα μποζόνια αστέρια. Αλλά υπονοούσε ότι τα αστέρια του μποζονίου είναι αληθινά και με τη σειρά τους θα είχαν τεράστιες επιπτώσεις, για τα πάντα, από τον πληθωρισμό του πρώιμου Σύμπαντος έως την αναζήτηση της σκοτεινής ύλης.
"Θα σήμαινε ότι υπάρχουν κοσμολογικά βαθμιαία πεδία και παίζουν σημαντικό ρόλο στο σχηματισμό δομών στο Σύμπαν", δήλωσε ο Olivares στο ScienceAlert.
"Η ανάπτυξη των υπερμεγέθων μαύρων τρυπών δεν είναι ακόμη κατανοητή πολύ καλά, και αν αποδειχθεί ότι τουλάχιστον μερικοί από τους υποψηφίους είναι στην πραγματικότητα αστέρια μποζόνιου, θα πρέπει να σκεφτούμε διαφορετικούς μηχανισμούς σχηματισμού που περιλαμβάνουν βαθμιαία πεδία."
The research was published in July in the Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.