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不可见的“暗物质”恒星或可以解释令人费解的引力波


据cnBeta:去年,科学家们从似乎是有史以来最巨大的黑洞碰撞中探测到了引力波。但现在,一个国际天体物理学家团队提出了一个奇特的替代方案--这些数据实际上可能帮助了两个玻色子恒星之间的碰撞,这些假设的物体将是看不见的,密度惊人,甚至可以帮助解开暗物质之谜。

引力波是时空结构中的涟漪,产生于宇宙中一些能量最大的大灾难中--最常见的是黑洞和/或中子星之间的碰撞。LIGO/Virgo Collaboration (LVC)运行的令人难以置信的精确仪器在这些波浪冲过地球时接收到了这些信号,这些信号可以被分析以了解参与原始合并的物体的质量。

自2015年首次发现以来,大约有50个引力波信号被检测到,但有一个特别有趣的事件,被称为GW190521,在2020年9月被LVC描述。这两个碰撞物体的质量分别是太阳质量的65倍和85倍,是有史以来通过这种方法探测到的最巨大的物体,之后产生的物体测量了142个太阳质量,将其归入一类罕见的中等质量黑洞(IMBHs)。

凭借这些质量,最初的天体被推定为黑洞,尽管是异常巨大的黑洞。但现在,一个天体物理学家团队提出了一个新的解释,可能更符合这个要求--两个被称为玻色子星的奇异天体之间的碰撞。

顾名思义,玻色子恒星将主要由玻色子组成,这是两类基本粒子之一。普通恒星主要由另一类基本粒子组成,即费米子。理论上,玻色子恒星的功能与黑洞非常相似,由于其强大的引力,它们会从周围的环境中吸取物质,但有一个主要的区别。

著名的是,即使是光本身也无法从黑洞中逃脱。但玻色子星没有这个“不归点”,这意味着这些奇异的天体不会是漆黑的,而是透明的,基本上看不见。

在新的研究中,研究人员模拟了玻色子星的合并,发现它们会产生与去年探测到的GW190521事件一致的信号。事实上,该团队表示,玻色子星是比黑洞更有说服力的解释。

碰撞黑洞解释的问题是,其中一个黑洞的质量会超出公认的范畴。有恒星质量的黑洞,是由恒星坍缩形成的,结果质量会落在在五个太阳到几十个太阳之间。还有前述的中等质量黑洞,质量范围在100到10000个太阳质量之间。该天体的质量为85个太阳,正好落在这个 "禁忌"质量范围内,这让天文学家对它的发现感到困惑。

玻色子星假说消除了这一障碍,不过它引入了一个全新的障碍,因为这个修正后的假说还将改变碰撞的其他一些特性。

“首先,我们将不再谈论碰撞黑洞,这就消除了处理黑洞的问题,”该研究的作者Juan Calderón Bustillo说。“其次,由于玻色子星合并的程度要弱得多,我们推断的距离比LVC估计的距离要近得多。这导致最终黑洞的质量要大得多,约为250个太阳质量,所以我们见证了一个中等质量黑洞的形成这一事实仍然是真实的。”

虽然研究小组表示,这可能代表了玻色子恒星的第一个证据,但目前这一切还只是基于推测的。需要进一步的研究和改进模拟来调查这种可能性。

如果这项研究经得起推敲,其意义远远超出了新天体的范围。它们可能有助于揭开宇宙学中最令人困惑的谜团之一--暗物质。要想让玻色子恒星存在,它们需要由一种 "自相残杀"的稳定玻色子组成,而一种被称为轴子的假想粒子符合这一要求。轴子也是暗物质粒子的主要候选者。

该研究发表在《物理评论快报》杂志上。


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