|
Охота на звезды, имитирующие черные дыры
|
|
|
|
Гипотетические звезды из темной материи, известные как "бозонные звезды", могут оставлять характерную рябь по всему космосу, предлагая исследователям новый способ изучения невидимых сил, формирующих Вселенную. В 2019 году в глубинах космоса наблюдалось странное событие. Событие, получившее название GW190521, вызвало гравитационные волны — невидимую рябь во Вселенной, — которые были зафиксированы на Земле. Эти волны, по-видимому, отмечали момент, когда две массивные черные дыры, масса которых в десятки раз превышает массу нашего Солнца, столкнулись и слились воедино. По крайней мере, такова была первоначальная теория.
|
|
|
|
Но что, если есть другое объяснение? Физик Карлос Хердейру из Университета Авейру в Португалии возглавляет исследовательскую инициативу ЕС под названием NewFunFiCO, которая изучает альтернативы.
|
|
|
|
Команда NewFunFiCO объединяет физиков и астрофизичку из Испании, Португалии, Италии, Германии, Мексики, Бразилии и Китая. Их цель - исследовать, могут ли какие-то гравитационно-волновые сигналы исходить от экзотических объектов в космосе, которые теоретически существуют, но еще не наблюдались непосредственно.
|
|
|
|
"Пограничные тайны Вселенной завораживают", - сказал Хердейру. "А гравитационные волны дают нам новый способ их изучения".
|
|
|
|
|
|
|
Прислушиваясь к колебаниям пространства-времени
|
|
|
|
Команда использует реальные данные из сети LIGO-Virgo-KAGRA — глобальной системы сверхчувствительных детекторов в США, Италии и Японии, которые могут измерять невероятно крошечные искажения в пространстве-времени. Согласно теории Эйнштейна, пространство и время образуют взаимосвязанную структуру, которая лежит в основе нашего восприятия того, где и когда все происходит.
|
|
|
|
С тех пор как в 2015 году были впервые обнаружены гравитационные волны, ученые выявили более 150 пар сливающихся черных дыр. Но их теория заключается в том, что в данных могут скрываться и другие, более экзотические объекты.
|
|
|
|
Самая последняя кампания наблюдения, известная как O4, проводилась с мая 2023 по ноябрь 2025 года и выявила около 250 возможных событий, многие из которых все еще находятся в стадии анализа.
|
|
|
|
"Мы все еще внимательно изучаем полученные данные", - сказал Нико Санчис-Гуал (Nico Sanchis-Gual) из Университета Валенсии, один из руководителей проекта. "Могут быть сигналы, которые не совсем соответствуют тому, что мы ожидаем от черных дыр".
|
|
Теория бозонных звезд
|
|
|
|
Среди наиболее интригующих кандидатов, которые рассматриваются в настоящее время, — бозонные звезды - гипотетические ультракомпактные объекты, которые издалека могут выглядеть как черные дыры. Однако у них нет горизонта событий, границы черной дыры, из которой ничто, даже свет, не может вырваться. Снаружи они выглядели бы несколько размытыми, но внутри они были бы полны частиц темной материи.
|
|
|
|
Бозонные звезды могут состоять из сверхлегкой темной материи, возможно, из невидимых субатомных частиц, называемых аксионами, которые в триллионы раз легче электрона.
|
|
|
|
Изучение возможности существования объекта размером с планету, с массой, подобной солнечной, но сильно отличающейся от нее внутри, увлекло исследователей. "Это сногсшибательно", - сказал Санчис-Гуал.
|
|
|
|
Если они действительно существуют, то вполне возможно, что они могут время от времени сталкиваться и сливаться вместе, как это делают черные дыры размером со звезду, производя заметные гравитационные волны. Вот тут-то и вступает в дело команда NewFunFiCO, пытающаяся найти в данных LIGO сигнал, который мы ожидали бы от такого события.
|
|
|
|
Примером такого события могла бы служить GW190521. "Если бы две из них столкнулись, они породили бы гравитационно-волновой сигнал, который соответствовал бы этому конкретному сигналу немного лучше, чем две черные дыры", - сказал Хердейро.
|
|
|
|
Исследователи ищут не только бозонные звезды. Существуют также смешанные звезды. Например, нейтронная звезда — плотный объект, оставшийся после взрыва звезды, — имеет ядро из темной материи, а также гравизвезды, экзотические объекты, которые имитируют черные дыры, но не имеют такой же структуры в центре и не имеют горизонта событий.
|
|
|
|
"Цель состоит в том, чтобы воспользоваться преимуществами золотой эры наблюдений за гравитационными волнами, в которую мы живем, и найти объекты, которые никогда не были замечены ранее, но которые теоретически могут существовать", - сказал Хердейру.
|
|
|
|
"Эти экзотические объекты связаны с некоторыми глубокими загадками физики, такими как темная материя".
|
|
|
|
Если выводы ученых верны, они могут изменить наше понимание темной материи и Вселенной в целом. Даже если нет, это открывает новые захватывающие области физики, которые ранее широко не изучались, и может стать способом раскрытия новых странных явлений в космосе.
|
|
На охоте
|
|
|
|
NewFunFiCO продлится до конца 2026 года, а стартует в 2023 году.
|
|
|
|
"Одним из ключевых аспектов здесь является то, что мы привлекаем европейских партнеров к сотрудничеству с партнерами из других стран", - сказал Хердейру. Это означает обмен знаниями, а также культурой. "Вот почему финансирование ЕС было так важно. Это придает миру новое измерение".
|
|
|
|
Преимущества таких амбициозных программ распространяются и на широкую общественность, - добавил Хердейру. "Черные дыры, космология, начало Вселенной - все это захватывает воображение людей", - сказал он.
|
|
|
|
Другие преимущества являются экономическими. "Крупные экспериментальные инфраструктуры имеют побочные эффекты, о которых люди не подозревают", - сказал он, приведя пример того, как LIGO потребовались чрезвычайно точные детекторы, что привело к развитию электроники в целом.
|
|
|
|
Стремление измерить мельчайшие искажения в пространстве-времени вывело лазерную интерферометрию (измерение мельчайших изменений расстояния с помощью лазерного излучения), сложные системы виброизоляции и сверхточную оптику на беспрецедентный уровень чувствительности.
|
|
|
|
Подобные технологии в настоящее время используются в таких областях, как прецизионное производство, медицинская визуализация и навигационные системы.
|
|
|
|
Однако самым важным выводом является то, что во Вселенной могут быть обнаружены странные объекты - скрытые скопления темной материи, маскирующиеся под звезды.
|
|
|
|
"Основное предположение на данный момент заключается в том, что существует некая частица темной материи", - сказал Санчис-Гуал. "Так что это возможно".
|
|
|
|
Если хотя бы один такой объект будет подтвержден, это даст физикам один из первых реальных ключей к пониманию того, что такое темная материя, и изменит наше представление о Вселенной.
|
|
|
|
Источник
|
