Хипотетичните звезди от тъмна материя, известни като „бозонни звезди“, може да оставят отличителни трептения в космоса и да предоставят на изследователите нов начин да изследват невидимите сили, оформящи вселената.
От Джоната О'Калахан (Jonathan O’Callaghan)
През 2019 г. в дълбините на космоса е наблюдавано странно събитие. Наречено GW190521, събитието изпраща гравитационни вълни — невидими трептения в тъканта на вселената — които са засечени на Земята. Тези вълни изглежда бележат момента, в който две масивни черни дупки, десетки пъти по-тежки от нашето Слънце, са се сблъскали и слели. Или поне това е първоначалната теория.
Но какво ако съществува друго обяснение? Физикът Карлош Ердейро (Carlos Herdeiro) от Университета в Авейро в Португалия ръководи финансирана от ЕС научноизследователска инициатива, наречена NewFunFiCO, която проучва алтернативите.
Екипът на NewFunFiCO обединява физици и астрофизици от Испания, Португалия, Италия, Германия, Мексико, Бразилия и Китай. Целта им е да изследват дали някои сигнали от гравитационни вълни биха могли да произхождат от екзотични обекти в космоса, за които се предполага, че съществуват, но все още не са били директно наблюдавани.
„Граничните загадки на вселената са изключително увлекателни“ — казва Ердейро. „А гравитационните вълни ни дават нов начин да ги изследваме.“
Слушане на трептенията в пространство-времето
Екипът използва реални данни от мрежата LIGO-Virgo-KAGRA — глобална система от свръхчувствителни детектори в САЩ, Италия и Япония, която може да измери невероятно малки нарушения в пространство-времето. Според теорията на Айнщайн пространството и времето образуват свързана тъкан, която лежи в основата на нашето възприятие за това къде и кога се случва всичко.
Откакто гравитационните вълни са открити за първи път през 2015 г., учените са идентифицирали над 150 сливащи се двойки черни дупки. Но според тяхната хипотеза в данните може да се крият и други, по-екзотични обекти.
Последната обсервационна кампания, известна като O4, се провежда от май 2023 г. до ноември 2025 г. и регистрира около 250 събития кандидати, много от които все още се анализират.
„Все още разглеждаме внимателно данните“ — сподели Нико Санчис Гуал (Nico Sanchis-Gual) от Университета във Валенсия, който е съвместен ръководител на проекта. „Може да има сигнали, които не отговарят напълно на това, което очакваме от черните дупки.“
Теорията за бозонните звезди
Сред най-интригуващите кандидати, които са обект на изследване, са бозонните звезди — хипотетични свръхкомпактни обекти, които отдалече може да изглеждат като черни дупки. Те обаче нямат хоризонт на събитието — границата на дадена черна дупка, отвъд която нищо, дори светлината, не може да излезе. Отвън те биха изглеждали донякъде „размити“, но вътрешността им би била изпълнена с частици тъмна материя.
Бозонните звезди е възможно да са изградени от свръхлека тъмна материя, вероятно невидими субатомни частици, наречени аксиони, които са трилиони пъти по-леки от електрона.
Изучаването на възможността да съществува обект с размерите на планета, с маса, подобна на тази на Слънцето, но с напълно различна вътрешна структура, силно привлича вниманието на учените. „Това е умопомрачително“ — заяви Санчис-Гуал.
Ако такива обекти съществуват, е възможно понякога да се сблъскват и сливат помежду си, както знаем, че става при черните дупки с размери като на звезда, като така създават засекаеми гравитационни вълни. Именно тук се включва екипът на NewFunFiCO, който се опитва да открие сигналите, които бихме очаквали от подобни събития в данните на LIGO.
GW190521 може да е пример за такова събитие. „При сблъсък на два такива обекта те биха произвели сигнал от гравитационни вълни, който пасва на този конкретен сигнал малко по-добре, отколкото две черни дупки“ — каза Ердейро.
Подсказки за тъмната материя
Не само бозонните звезди са обект на изследване. Има и смесени звезди. Например когато неутронна звезда — плътният обект, останал след експлозия на звезда — има ядро от тъмна материя, както и гравастарите — екзотични обекти, които имитират черни дупки, но нямат същата вътрешна структура и нямат хоризонт на събитието.
„Целта е да се възползваме от златната епоха на наблюденията на гравитационни вълни, в която живеем, и да търсим обекти, които никога не са били наблюдавани, но теоретично може да съществуват“ — каза Ердейро.
„Тези екзотични обекти са свързани с някои от дълбоките загадки във физиката, като например тъмната материя.“
Ако са правилни, констатациите на учените биха могли да променят разбирането ни за тъмната материя и за вселената като цяло. Дори и това да не стане, те разкриват вълнуващи нови пътища на физиката, които досега не са били широко изследвани, и могат да помогнат за откриването на чудати нови явления в космоса.
В търсене на отговори
NewFunFiCO ще продължи до края на 2026 г., като започва през 2023 г. с финансиране, предоставено от програмата на ЕС за действия „Мария Склодовска-Кюри“.
„Един от ключовите аспекти тук е, че обединяваме европейски и неевропейски партньори“ — сподели Ердейро. Това означава обмен на знания, но и на култура. „Ето защо финансирането от ЕС е толкова важно. То придава различно измерение на света.“
Ердейро добави, че ползите от подобни амбициозни програми се разпростират и върху широката общественост. „Черни дупки, космология, началото на вселената — всичко това пленява въображението на хората“ — казва той.
Съществуват и икономически ползи. „Големите експериментални инфраструктури водят до странични разработки, за които хората не знаят“ — сподели той, като дава пример за това как LIGO изисква изключително точни детектори, което е довело до развитие в по-широката област на електрониката.
Стремежът за измерване на малки изкривявания в пространствено-времето издига лазерната интерферометрия (измерване на минимални промени в разстоянието с помощта на лазерна светлина), усъвършенстваните системи за вибрационно изолиране и свръхпрецизната оптика до безпрецедентни нива на чувствителност.
Понастоящем подобни технологии се използват в области като прецизното производство, медицинската образна диагностика и навигационните системи.
Най-важният извод обаче е, че във вселената може да съществуват странни обекти, които са на прага на откриване — скрити струпвания от тъмна материя, маскирани като звезди.
„Основната идея в момента е, че съществува някаква частица тъмна материя“ — заяви Санчис-Гуал. „Така че това е реална възможност.“
Ако бъде потвърден дори един такъв обект, това би дало на физиците една от първите реални следи за естеството на тъмната материя — и би променило начина, по който възприемаме вселената.
Научните изследвания по тази статия са финансирани от програмата „Мария Склодовска-Кюри“. Възгледите на интервюираните не отразяват непременно тези на Европейската комисия.
Тази статия първоначално е публикувана в списанието на ЕС за научни изследвания и иновации Horizon.
Повече информация
