Хипотетичните звезди от тъмна материя, известни като „бозонни звезди”, може да оставят отличителни трептения в космоса и да предоставят на учените нов начин да изследват невидимите сили, оформящи вселената.
От Джоната О’Калахан
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) 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 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. Статията първоначално е публикувана в списанието на ЕС за научни изследвания и иновации Horizon.
