Среди миллиардов звезд, нанесенных на карту космическим телескопом Gaia, интерес астрономов вызвала загадочная звезда, вращающаяся вокруг неуловимого объекта. Первоначально они подозревали, что этот темный объект может быть черной дырой. Однако недавно это первоначальное предположение было поставлено под сомнение, а новаторское исследование показало, что это может быть исключительно редкая "бозонная звезда", полностью состоящая из темной материи.
Бинарная звездная система, обнаруженная в нашей собственной галактике телескопом Gaia, состоит из довольно обычной звезды с массой чуть меньше массы Солнца (0,93 солнечной массы) и примерно таким же химическим составом. Однако таинственный спутник, вокруг которого она вращается, не испускает никакого излучения и имеет гораздо большую массу (в 11 раз больше массы Солнца). Эти два небесных тела находятся на расстоянии 1,4 астрономических единиц друг от друга (примерно как расстояние между Марсом и Солнцем), и их космический танец завершает цикл каждые 188 дней.
В начале этого научного приключения астрономы предположили, что этот загадочный объект может быть небольшой черной дырой. Однако возникла проблема: гравитационные данные не совпадали. Учитывая, что черные дыры образуются в результате взрывов массивных звезд, крайне маловероятно, что звезда с массой, подобной нашей, будет вращаться вокруг таких объектов в течение миллионов лет.
Несмотря на признание потенциального существования таких систем, этот сценарий требует так много корректировок, что два астронома считают, что необходимо рассмотреть альтернативу. Их исследование, которое в настоящее время находится на рассмотрении и доступно на сервере предварительной публикации arXiv, предполагает, что этот объект на самом деле может быть бозонной звездой, полностью состоящей из темной материи. О такой категории звезд теоретизировали, но никогда не наблюдали. Таким образом, это может быть первая обнаруженная бозонная звезда.
Темная материя - это "невидимая" форма материи, составляющая большую часть массы галактик. Она нечувствительна к электромагнитным силам, что означает, что она не может поглощать, отражать или излучать свет. Это свойство позволяет ей сливаться с пространством, что делает ее особенно трудной для обнаружения (отсюда ее название "тёмная материя"). Следовательно, гравитационное воздействие на видимую материю является единственным осязаемым "доказательством" ее существования. Составляя около 27% массы Вселенной и 80% массы галактик, ее истинная природа остается загадкой. Некоторые теории предполагают, что она может содержать так называемые "суперсимметричные" частицы и медленно распространяться по каждой галактике. Другие модели предполагают, что она может образовывать скопления. Одна из этих гипотез заключается в том, что темная материя состоит из определенного типа бозонов.
Семейство бозонов состоит из элементарных частиц, таких как фотоны, глюоны, Z- и W-бозоны, бозон Хиггса (открыт в 2012 году) и гравитон (пока чисто теоретически). Составные частицы, такие как мезоны и ядра с четными массовыми числами, например, дейтерий, гелий-4 или свинец-208, а также некоторые квазичастицы, такие как куперовские пары, плазмоны и фононы, также считаются бозонами.
Однако до сих пор было открыто лишь несколько типов бозонов, а во Вселенной их может быть гораздо больше. Эти новые типы бозонов не обладают никакой силой и поэтому способны собираться вместе, образуя большие скопления, которые могут быть размером с целые звездные системы. Меньшие скопления бозонной темной материи могут быть размером со звезду и называться "бозонными звездами".
Поскольку обычные звезды состоят из фермионов, для существования бозонной звезды должны быть соблюдены особые условия. В этом отношении бозоны должны быть одновременно стабильными и маломассивными, в частности, иметь спин-0 или спин-1, как предложили исследователи в своем недавнем исследовании. С точки зрения стороннего наблюдателя такой тип звезды может выглядеть как черная дыра.
По мнению двух авторов исследования, бозонная темная материя может породить достаточное количество звезд такого типа, чтобы объяснить данные, собранные Gaia. Теоретики также предположили существование сверхмассивной бозонной звезды в центре галактики, которая могла бы объяснить интенсивную активность ее ядра.
"Мы оспариваем сценарий центральной черной дыры и показываем, что наблюдаемая орбитальная динамика может быть объяснена в рамках достаточно общей гипотезы, известной как бозонная звезда", — заявляют исследователи.