Звезды из антивещества, бозонов и темной материи
|
Общая теория относительности предусматривает существование звезд из антивещества, стабильных бозонов и темной материи. Но обнаружить их до сих пор не удалось. Несколько научных групп предположили, как могут выглядеть столь необычные объекты и сколько их в нашей Галактике. По современным представлениям, в первые мгновения после Большого взрыва образование каждой частицы материи сопровождалось появлением такой же, но противоположно заряженной частицы антивещества. Притягиваясь друг к другу, они аннигилировали, но вещества оказалось на одну миллиардную долю больше. Из него и сложилась вся материальная часть космоса. |
Однако не исключено, что во Вселенной сохранились непроаннигилировавшие сгустки антивещества. Более того, за миллиарды лет они могли соединиться, образовав антизвезды. Они должны выглядеть как обычные звезды с одним лишь отличием — при попадании в них частиц материи, например атомов водорода, возникнут характерные импульсы гамма-излучения — из-за аннигиляции. По таким гамма-вспышкам и предлагают искать антизвезды ученые Института исследований астрофизики и планетологии Тулузского университета. Из 5787 источников излучения, зафиксированных за десять лет космическим гамма-телескопом Fermi и занесенных в каталог LAT (Large Area Telescope), отобрали не идентифицированные и со спектром, совместимым с аннигиляцией барионов и антибарионов. |
Таких оказалось 14. Объединив расчеты с моделированием аккреции антизвезд, исследователи получили верхний предел количества таких объектов в нашей Галактике — 2,5 х 10-6. То есть на один миллион обычных звезд — не более 2,5 антизвезды, при условии, что они похожи на обычные. Как бы то ни было, авторы подчеркивают: достоверной информации об антивеществе во Вселенной пока нет, а все построения чисто теоретические. По оценкам, на темную материю приходится примерно 85 процентов материальной Вселенной. Но темное вещество нельзя обнаружить, так как оно не поглощает, не отражает и не испускает электромагнитное излучение. Из астрономических наблюдений известно, что некая скрытая масса меняет орбиты звезд в галактиках, однако частицы, из которых эта скрытая масса состоит, никто еще не регистрировал. |
Одна из гипотез предполагает, что темная материя не распределена равномерно по Галактике, а представляет собой скалярное поле со "сгустками" — своего рода "темными звездами", состоящими из "даркино", или "темных фермионов". Недавно итальянские ученые из Международного центра релятивистской астрофизики в Пескаре (ICRANet) предположили, что в центре нашей Галактики находится не сверхмассивная черная дыра, а ядро темной материи. По их мнению, приняв такую точку зрения, легче объяснить отклонения орбитальных скоростей во внешних областях Млечного Пути, а также поведение странных объектов, вращающихся вокруг центра Галактики, так называемых G-источников. |
У них очень вытянутая орбита, они то сжимаются, то растягиваются и удлиняются. Считают, что это газово-пылевые облака с расположенными внутри них звездами. На примере орбит одного из этих источников — G2 — и звезды S2 астрофизики из ICRANet продемонстрировали, что при движении эти объекты испытывают сопротивление, а это не согласуется с моделью черной дыры. В результате возникла гипотеза о сгустке темной материи в центре Галактики. На окраинах он становится очень тонким, вплоть до диффузной концентрации. |
Исследователи считают, что при определенных условиях — превышении критической массы — сгусток темной материи гравитационно коллапсирует в сверхмассивную черную дыру. Несмотря на свою экзотичность, эта гипотеза хорошо объясняет одну из загадок космологии — быстрое появление большого количества сверхмассивных черных дыр в ранней Вселенной. Согласно Стандартной модели физики, частицы бывают двух видов: фермионы, из которых состоят строительные блоки материи, и бозоны, управляющие взаимодействиями, силами, позволяющими фермионам собираться вместе или, наоборот, заставляющими их разлетаться в разные стороны. На этих взаимодействиях основаны все природные процессы — от ядерного распада до преломления света, включая химические реакции. |
Обычные звезды — это сгустки фермионов — протонов, нейтронов, электронов. Но чисто теоретически можно представить и сгустки бозонов — фотонов, глюонов, бозонов Хиггса или других, еще неизвестных квантовых частиц. В начале этого года американские астрофизики высказали гипотезу, что источником рентгеновского излучения, исходящего от группы близлежащих нейтронных звезд, известных как Великолепная семерка, могут быть аксионы — бозоны, предложенные в свое время для объяснения нарушения СР-симметрии — симметрии взаимодействия между частицами и античастицами. Аксион — это гипотетические частицы, которые в миллиард раз легче протонов и не взаимодействуют с обычной материей, поэтому их невозможно обнаружить даже с помощью самых точных инструментов. Это главные кандидаты на роль частиц темной материи. |
Ожидают, что аксионы в магнитном поле распадутся на пары фотонов, поэтому искать их предлагают по избыточному излучению. Такое действительно наблюдают у некоторых нейтронных звезд и белых карликов с сильным магнитным полем. Однако настоящие бозонные звезды, возникшие в результате аккреции квантовых частиц, не излучают — там не происходят реакции ядерного синтеза. По мнению ученых, такие объекты полностью невидимы. Но, в отличие от черных дыр, прозрачны: нет поглощающей поверхности, которая останавливала бы фотоны, и нет горизонта событий — границы, за которую не вырывается свет. Исследователи предполагают, что бозонные звезды могут быть окружены вращающимся кольцом плазмы по аналогии с аккреционным диском черной дыры. Если это так, тогда бозонные звезды похожи на светящийся пончик с темной областью внутри — примерно, как черная дыра М87*, снятая телескопом Event Horizon, но со значительно меньшей темной областью, чем тень от черной дыры такой же массы. |
Среди пока не обнаруженных, но теоретически возможных космических объектов есть и более реальные. Известно, например, что когда в звездах, подобных Солнцу, заканчивается топливо, необходимое для внутренних реакций, они превращаются в белые карлики — очень компактные сферы размером с Землю, где каждый кубический сантиметр весит около тонны. Белые карлики продолжают по инерции светиться, но через несколько триллионов лет остынут полностью и превратятся в черные карлики — не излучающие в видимом диапазоне. Это конечная стадия эволюции звездного вещества. Считается, что такие остывшие звезды обязательно возникнут во Вселенной, просто их время еще не настало. |
Источник |
При использовании материалов с сайта активная ссылка на него обязательна
|