Миналата година астрономите постигнаха същинско чудо – светът за първи път видя реална снимка на сянката на черна дупка. Това бе кулминацията от множество години усърден труд – едно великолепно постижение, което ще остане завинаги в историята.

Подобно на всеки един велик пробив, и този отвори вратата към един куп нови въпроси. За екипа, ръководен от астрофизика Хектор Оливарез от университета Радбод в Нидерландия и университета „Гьоте“ в Германия, той бе „Откъде знаем, че M87* е черна дупка?“.

„Въпреки че изображението е консистентно с очакванията ни, които имаме за това как би трябвало да изглежда една черна дупка, е важно да сме сигурни, че това, което виждаме, наистина е такова, за каквото го мислим“, казва Оливарез пред Science Alert.

“Подобно на черните дупки, бозонните звезди са предречени от Общата теория на относителността и могат да нараснат до милиони слънчеви маси и да достигнат много висока компактност. Фактът, че споделят тези характеристики с черните дупки, кара някои автори да предполагат, че някои от супермасивните компактни обекти, разположени в центъра на галактиките, всъщност са бозонни звезди.“

Ето защо в нов научен труд Оливарез и неговият екип изчисляват начина, по който една бозонна звезда би изглеждала на нашите телескопи и как би се различавала от директната снимка на акреционна черна дупка.

Бозонните звезди са едни от най-странните теоретични обекти въобще. Те въобще не приличат на обикновените звезди – единствената им обща характеристика е, че и двете представляват материя със сферична форма. Ако обаче звездите са създадени изцяло от частици, наречени фермиони – протони, неутрони, електрони, от нещата, които формират по-съществените части от нашата Вселена, то бозонните звезди са направени изцяло от бозони. Тези частици, включващи фотони, глуони и прословутият Хигс бозон, не се подчиняват на същите физични закони като фермионите.

Фермионите са подчинени на принципа на изключване на Паули, което означава, че не може да имате две идентични частици, заемащи едно и също място. При бозоните обаче суперимпозицията е възможна – когато две частици се съберат на едно място, те започват да действат като една голяма частица. Знаем това, защото вече е правено в лабораторни условия – крайният резултат е т.нар. кондензация на Бозе-Айнщайн.

В случая с бозонните звезди, частиците могат да бъдат скупчени на едно място, което може да бъде описано с различни стойности – или точки по скала. При правилния вид бозони и при правилната подредба, всичко може да бъде относително стабилно.

Всичко това, разбира се, е на теория. Все още не сме открили бозони с маса, необходима за формирането на подобна структура, камо ли такава с маса на супермасивна черна дупка.

Ако успеем да идентифицираме бозонна звезда, на практика ще сме намерили и тази „неуловима“ частица.

„За да образуват структура, голяма колкото супермасивните черни дупки, масата на бозона трябва да е изключително малка (по-малко от 10-17 електронволта – казва Оливарез. – Спин-0 бозони със сходна или по-малка маса се появяват в няколко космологични модели и струнни теории. Подобни хипотетични частици биха били изключително трудни за откриване, но наблюдението на обект, изглеждащ като бозонна звезда, би означавало, че те съществуват.“

При бозонните звезди няма ядрен синтез и те не излъчват каквато и да било радиация. Просто си стоят в Космоса – на практика невидими и досущ като черните дупки.

За разлика от черните дупки обаче, бозонните звезди биха били прозрачни – те не разполагат с абсорбираща повърхност, която ще спре фотоните, нито пък имат хоризонт на събитията. Фотоните могат да избягат от бозонните звезди, макар че пътят им ще се изкриви малко или много от гравитацията.

Някои бозонни звезди обаче биха могли да бъдат заобиколени от плазмен пръстен – досущ като акреционния диск около черните дупки. Дори ще изглежда горе-долу по същия начин – като сияеща поничка с тъмен регион във вътрешността.

Ето защо Оливарез и екипът му извършват симулации на динамиките на тези плазмени пръстени и ги сравняват с това, което бихме очаквали да видим при една черна дупка.

„Плазмените конфигурации, които използваме, не са настроени ръчно (т.е. не използват някакви приемливи предположения) – те са резултат от симулация на динамиките на плазмата. Това позволява на плазмата да еволюира с течение на времето и да образува напълно естествени структури – обяснява Оливарез. – По този начин бихме могли да съотнесем тъмния регион в снимките на бозонната звезда (който сходен със сянка на черна дупка) към радиуса, където плазмената нестабилност престава да оперира. Това от своя страна означава, че размерът на тъмния регион не е произволен – той ще зависи от свойствата на пространство-времето на бозонната звезда – и ни позволява да предскажем размера на други бозонни звезди, които все още не сме симулирали.“

Учените откриват, че сянката на бозонните звезди би била значително по-малка от сянката на черна дупка със сходна маса. Ето защо те отхвърлят твърдението, че M87* би била бозонна звезда – сянката ѝ е твърде голяма, за да бъде създадена от бозонна звезда с подобна маса.

Изследването е публикувано в Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.