Столкновение двух "невидимых звезд из темной материи" объясняет загадку одного из необычных пакетов гравитационных волн - «Наука и технологии»

В прошлом году ученые экспериментов LIGO и Virgo (LIGO/Virgo Collaboration, LVC) обнаружили пакет гравитационных волн, некоторые из параметров которых кардинально отличались от параметров волн всех других пакетов, зарегистрированных ранее. Первым подходящим объяснением этому стало то, что источником данного пакета волн является столкновение двух черных дыр, имеющих значительную массу. Но не так давно другая группа ученых-астрофизиков выдвинула альтернативный и более экзотический вариант объяснения, который, тем не менее, соответствует данным наблюдений в большей степени, чем первоначальный вариант. И, согласно альтернативному варианту, гравитационные волны были порождены столкновением двух бозонных звезд, гипотетических космических объектов, невидимых, очень плотных и имеющих непосредственное отношение к темной материи.

С момента первой регистрации гравитационных волн в 2015 году было обнаружено еще около 50 пакетов. И самым интересным с точки зрения ученых являлся пакет GW190521, данные о котором были обнародованы в сентябре 2020 года. Источником этого пакета являлось столкновение двух черных дыр с массами, эквивалентными 65 и 85 массам Солнца, а в результате столкновения и слияния образовалась черная дыра с массой 142 массы Солнца, что относит этот объект к редкому классу черных дыр с промежуточной массой.

Вопрос, который непременно возникает при анализе такого варианта, заключается в необычно большой массе одной из изначальных черных дыр, масса которой выходит за рамки диапазона масс черных дыр звездного класса, но не попадает еще в диапазон масс промежуточного класса. На практике такие черные дыры еще ни разу не попадали в поле зрения астрономов, и факт возможности их существования стоит под большим знаком вопроса. Поэтому факт столкновения двух таких объектов находится под еще большим знаком вопроса и астрофизики выдвинули другой вариант объяснения, в котором фигурируют не менее экзотические объекты, называемые бозонными звездами.

Исходя из их названия, бозонные звезды, если они существуют в реальности, должны состоять из бозонов, элементарных частиц, относящихся к одному из двух базовых классов. Обычные звезды в основном состоят из барионов, элементарных частиц другого класса - фермионов. Бозонные звезды во многом походили бы на черные дыры, поглощая материю из окружающего пространства за счет сил собственной гравитации, но с одним существенным отличием.

Известно, что прейдя границу горизонта событий черной дыры, ничего, даже фотоны света, не могут покинуть ее пределов. Однако, у бозонных звезд нет горизонта событий, и это означает, что они сами не являются абсолютно черными телами, они прозрачны и невидимы в большей степени.

Исследователи создали модель столкновения двух бозонных звезд и обнаружили, что произведенный при этом сигнал гравитационных волн практически полностью согласуется с параметрами сигнала GW190521. И именно поэтому столкновение бозонных звезд является более подходящим объяснением, чем столкновение черных дыр.

Тем не менее, ученые признают, что альтернативный вариант объяснения события GW190521 пока тоже носит спекулятивных характер из-за того, что он меняет несколько значений других параметров, в том числе и дальность до места события, так как столкновения бозонных звезд должны быть менее энергетическими событиями по определению. Поэтому для изучения этого варианта ученым потребуется проведение дополнительных исследований и разработка более точных математических моделей.

Однако, во всем этом имеется и дополнительный интерес для всего научного сообщества. Если исследования в данном направлении будут продолжены и принесут практические результаты, то они помогут распутать одну из самых больших тайн современной космологии - тайну темной материи. Если бозонные звезды существуют в реальности, они могут состоять из стабильных бозонов, отталкивающихся друг от друга, и аксионов, которые связывают все это в единое целое. А аксионы, как нам известно, являются одними из главных кандидатов на должность частиц темной материи.