不可見的 “暗物質”恆星可能可以解釋令人費解的引力波

去年,科學家們從似乎是有史以來最巨大的黑洞碰撞中探測到了引力波。但現在,一個國際天體物理學家團隊提出了一個奇特的替代方案–這些數據實際上可能幫助了兩個玻色子恆星之間的碰撞,這些假設的物體將是看不見的,密度驚人,甚至可以幫助解開暗物質之謎。

引力波是時空結構中的漣漪,產生於宇宙中一些能量最大的大災難中–最常見的是黑洞和/或中子星之間的碰撞。LIGO/Virgo Collaboration (LVC)運行的令人難以置信的精確儀器在這些波浪沖過地球時接收到了這些信號,這些信號可以被分析以了解參與原始合並的物體的質量。

自2015年首次發現以來,大約有50個引力波信號被檢測到,但有一個特別有趣的事件,被稱為GW190521,在2020年9月被LVC描述。這兩個碰撞物體的質量分別是太陽質量的65倍和85倍,是有史以來通過這種方法探測到的最巨大的物體,之後產生的物體測量了142個太陽質量,將其歸入一類罕見的中等質量黑洞(IMBHs)。

憑借這些質量,最初的天體被推定為黑洞,盡管是異常巨大的黑洞。但現在,一個天體物理學家團隊提出了一個新的解釋,可能更符合這個要求–兩個被稱為玻色子星的奇異天體之間的碰撞。

顧名思義,玻色子恆星將主要由玻色子組成,這是兩類基本粒子之一。普通恆星主要由另一類基本粒子組成,即費米子。理論上,玻色子恆星的功能與黑洞非常相似,由於其強大的引力,它們會從周圍的環境中吸取物質,但有一個主要的區別。

不可見的

著名的是,即使是光本身也無法從黑洞中逃脫。但玻色子星沒有這個 “不歸點”,這意味着這些奇異的天體不會是漆黑的,而是透明的,基本上看不見。

在新的研究中,研究人員模擬了玻色子星的合並,發現它們會產生與去年探測到的GW190521事件一致的信號。事實上,該團隊表示,玻色子星是比黑洞更有說服力的解釋。

碰撞黑洞解釋的問題是,其中一個黑洞的質量會超出公認的范疇。有恆星質量的黑洞,是由恆星坍縮形成的,結果質量會落在在五個太陽到幾十個太陽之間。還有前述的中等質量黑洞,質量范圍在100到10000個太陽質量之間。該天體的質量為85個太陽,正好落在這個 “禁忌”質量范圍內,這讓天文學家對它的發現感到困惑。

玻色子星假說消除了這一障礙,不過它引入了一個全新的障礙,因為這個修正後的假說還將改變碰撞的其他一些特性。

“首先,我們將不再談論碰撞黑洞,這就消除了處理黑洞的問題,”該研究的作者Juan Calderón Bustillo說。”其次,由於玻色子星合並的程度要弱得多,我們推斷的距離比LVC估計的距離要近得多。這導致最終黑洞的質量要大得多,約為250個太陽質量,所以我們見證了一個中等質量黑洞的形成這一事實仍然是真實的。”

雖然研究小組表示,這可能代表了玻色子恆星的第一個證據,但目前這一切還只是基於推測的。需要進一步的研究和改進模擬來調查這種可能性。

如果這項研究經得起推敲,其意義遠遠超出了新天體的范圍。它們可能有助於揭開宇宙學中最令人困惑的謎團之一–暗物質。要想讓玻色子恆星存在,它們需要由一種 “自相殘殺”的穩定玻色子組成,而一種被稱為軸子的假想粒子符合這一要求。軸子也是暗物質粒子的主要候選者。

該研究發表在《物理評論快報》雜志上。

來源:cnBeta