Kada juodoji bedugnė nėra juodoji bedugnė? Tada, kai ji bozonų žvaigždė  (7)

Žinome, kaip sukurti Bose-Einstein kondensatus laboratorijoje. Taip pat žinome, kad turint tinkamų bozonų, galima būtų sukurti ir ką nors didesnio mastelio – daug didesnio. Kai kurie fizikai mano, kad iš jų galima suformuoti žvaigždes, nors ir ne tokias, kokias pažįstame. „Minėdami žvaigždes, omenyje turime tiesiog drauge besilaikančių dalykų rinkinį,“ sako teoretikas Steve Liebling iš Long Island universiteto Niujorke.

Tokie radioteleskopai, kaip ALMA Čilėje (apačioje) prisidės prie ryškaus rentgeno spindulių šaltinio vaizdo Paukščių Tako centre (viršuje)

Kai žvaigždes formuoja įprasta materija, gravitacijos spaudimas ją taip įkaitina, kad prasideda šviesą skleidžiančios termobranduolinės reakcijos. Tuo tarpu bozonų žvaigždė tiesiog kiurksotų kaip kosminis tinginio pantis. Riestainio formos tinginio pantis: simuliacijos rodo, kad jeigu bozonų žvaigždė suktųsi taip, kaip įprastos žvaigždės, išcentrinė jėga bozonų materijai suteiktų būtent tokią formą.

Tokie žvaigždiniai riestainiai būtų skaidrūs. Neskleisdami savo šviesos, jie būtų nematomi ir pagrindinis juos išduodantis dalykas būtų intensyvi jų gravitacija. Kažką primena? „Bozonų žvaigždės galėtų mėgdžioti JB,“ sako Liebling. „Ir gali būti, kad esame maustomi.“

Bozonų žvaigždžių idėja nėra nauja, bet astrofizikai šalinosi jos, mat niekas nesugalvojo, iš kokių bozonų jos galėtų būti sudarytos – tokios dalelės, kaip fotonai, kurie perduoda fundamentalias sąveikas šiam vaidmeniui netinka. Tada nuskambėjo Higgso bozono atradimas. Jis atgaivino susidomėjimą naujais bozonais – taip pat ir todėl, kad jie labai praverstų ir dalelių fizikai (žr. „ Tinkama bozonų rūšis “). Tai savo ruožtu paskatino fizikus susimąstyti, kaip galėtume ieškoti bozonų žvaigždžių įrodymų.

Vienas akivaizdus atsakymas yra LIGO, nors esami detektoriai ir negali atskirti, ar gravitacinės bangos atsklinda nuo dviejų susijungiančių JB, ar dviejų bozonų žvaigždžių. Skirtumų reikėtų ieškoti ne fazėje iki susiliejimo, kai artėjantys ir vienas apie kitą besisukantys objektai skleidžia jau aptiktas bangas. Skirtumų reikėtų ieškoti vėlesnėje stadijoje, kai du jau susilieję objektai dar tebevirpa nuo smūgio kaip skimbtelėtas varpas. „Kaip ir varpai, visi objektai turi savo būdingą dažnį ir toną,“ sako Rezzolla. „Tam tikros masės JB tonas bus vienoks, bozonų žvaigždžių – kitoks.“ Deja, kol kas LIGO dar negali klausyti šio „skambesio“ pakankamu tikslumu, o tai atlikti leisiančių atnaujinimų tikriausiai teks palūkėti dar bent penketą metų.

Įvykių horizonto teleskopas – tarptautinis projektas, skirtas pažvelgti tiesiai į JB nasrus – aiškumo gali suteikti anksčiau. Radioteleskopai visame pasaulyje buvo apjungti, siekiant ne tik aptikti apie Sgr A* įvykių horizontą skriejančių įkaitintų dujų spinduliavimą, bet ir jį atvaizduoti. Atliekant tai pakankamu tikslumu, juodosios bedugnės forma turėtų būti kaip… na, juoda skylė atvaizdo viduryje.

Tai nelengva užduotis, prilygstanti Niujorke padėto garstyčių grūdelio fotografavimas, sėdint Londone. Dėl to, Heino Falcke iš Radboud universiteto Nijmegene, Nyderlanduose, kuris yra vienas iš Event Horizon Telescope iniciatorių, perspėja pernelyg iš anksto nesidžiaugti – nors iki šio surinkti duomenys jį nuteikia entuziastingai. „Tai nebus gražus ryškus vaizdas. Tai veikiau primins neišvaizdų žemės riešutą,“ sako jis.

Ar gal neišvaizdų riestainį. Nesutariama ar bus lengva atskirti juodosios bedugnės ir bozonų žvaigždės atvaizdus. Frédéric Vincent iš Paryžiaus observatorijos Prancūzijoje skaičiavimai rodo, kad kompaktiškos bozonų žvaigždės gravitacija išlenks šviesą aplink, sukurdama tuščią regioną, kurį galima supainioti su JB įvykių horizonto šešėliu. „Bozonų žvaigždė išties skiriasi nuo JB, tačiau jų kuriami efektai panašūs,“ pažymi jis.

„Tai lyg Niujorke padėto garstyčių grūdelio fotografavimas, sėdint Londone“

Rezzolla mano, kad ši analizė perdėm pesimistiška. Kaip ir JB, bozonų žvaigždė siurbtų materiją iš aplinkos, bet kadangi bozonų žvaigždė skaidri, materija matytųsi jos centre. Ji taip pat tikriausiai įkaistų ir pradėtų spinduliuoti šviesą ar kokias nors kitas elektromagnetines bangas. „Dėl šios šviesos neliktų ir šešėlio,“ sako Rezzolla.

Vincentas sutinka, kad materijos elgesį bozonų žvaigždės viduje reikėtų patyrinėti nuodugniau. „Tai tyrimų programa, kurią banda vystyti. Kuriame kodus, kaip tai atlikti nuo pat juodraščio,“ sako jis.

Falcke iš pirmojo Įvykių horizonto teleskopo vaizdo nesitiki jokių siurprizų. „Bijau, nieko daugiau, nei nuobodžią juodąją bedugnę neišvysime,“ sako jis. Tokie žodžiai rodo, kaip giliai įsišaknijęs dabar yra tikėjimas JB. Netgi dirbantys su bozonų žvaigždėmis pripažįsta, kad tai labai menkai tikėtina. „Esu atviras argumentuotai diskusijai, tačiau bet tai vis vien labai egzotiška,“ sako Lieblingas.

Vėlgi, juodųjų bedugnių paneigimo atpildas potencialiai būtų neišmatuojamas. Šis bendrojo reliatyvumo ir kvantų teorijos konflikto įsikūnijimas yra masyvūs rieduliai, užvertę vieningosios gamtos teorijos paieškų kelią. Taip žiūrint, išmintinga būtų nenuvertinti visų galimybių. „Geriausia išlaikyti atvirą protą,“ sako Rezzolla. „Tada tegul patirtis pasako, kas čia iš tiesų yra.“

Tinkama bozonų rūšis

Bozonų žvaigždės priklauso nuo tinkamų bozonų egzistavimo. 1955 metais JAV fizikas Johnas Wheeleris domėjosi, ar žvaigždės galėtų būti sudarytos iš šviesos fotonų, o ne materijos. Šiuos objektus jis vadino gravitaciniais elektromagnetiniais vieniais (gravitational electromagnetic entities), trumpiau, geonais. Bet greitai paaiškėjo, kad geonai iš bozonų, kurių sukinys yra 1, pavyzdžiui, fotonų, būtų nestabilūs ir išsisklaidytų.

Septintajame dešimtmetyje teoretikas David Kaup iš Marylando universiteto parodė, kad nulinio sukinio bozonai galėtų suformuoti stabilias žvaigždes. Tačiau tuo metu nebuvo žinoma apie jokius nulinio sukinio bozonus. Tai pasikeitė 2012 metų liepos 4 dieną, atradus Higgso bozoną. Tiems, kas niekad neprarado tikėjimo bozonų žvaigžde, tai buvo didžiulis paskatinimas. „Žinojome, kad gamtoje yra bent vienas toks bozonas, tad tai tapo motyvacija tęsti paieškas šia kryptimi,“ sako Frédéric Vincent iš Paryžiaus observatorijos Prancūzijoje.

Tačiau tebėra dar vienas nemenkas kliuvinys. Dėl bozonų būrimosi ypatybių, kuo mažesnė jų masė, tuo didesnę žvaigždę jie formuoja. Labai masyvios žvaigždės reiškia labai lengvas daleles. Higgso bozono 125 gigaelektronvoltų masė, apie 250 000 kartų didesnė už elektrono,buvo tiesiog per didelė.

Galima alternatyva – aksionas. Šios hipotetinės dalelės idėja iškelta praėjusio amžiaus aštuntojo dešimtmečio pradžioje ir yra kandidatė sudaryti tamsiąją materiją, paslaptinguosius klijus, kuri, kaip mano astronomai, laiko galaktikas. Savo ruožtu, ši idėja atveria galimybę, kad bozonų žvaigždės galėtų sudaryti bent jau dalį tamsiosios materijos.

Nors aksionų paieškos kol kas nevaisingos, bozonų žvaigždės atradimas galėtų padėti: išsiaiškinus tikėtiną aksionų masę, būtų aiškiau, kur reikėtų sutelkti dėmesį eksperimentuose, gaminant šias daleles Žemėje.

Stuart Clark
newscientist.com

Aut. teisės: www.technologijos.lt

1 | 2

(38)
(1)
(37)

Komentarai (7)