Sciencemag.cz
Doporučujeme
Alespoň podle nové teorie by událost GW190521 detekovaná podle gravitačních vln nemusela odpovídat fúzi černých děr, ale objektů ještě exotičtějších.
V květnu 2019 zaznamenaly detektory LIGO a VIRGO gravitační vlny, které odpovídaly fúzi dvou černých děr o hmotnostech asi 85 a 66 Sluncí. Výsledně vznikla černá díra o hmotnosti přes 100 Sluncí, tedy ze zajímavé kategorie černých děr středně velkých (malé: běžné po zhroucení hvězdy; obří: v centrech galaxií apod.). Gravitační vlny ze středně velké černé díry pozorovali astronomové před 2 roky vůbec poprvé.
Současné astrofyzikální modely ale naznačují problém s původními černými dírami. Kolapsem hvězdy totiž může zřejmě vzniknout pouze černá díra do hmotnosti 65 Sluncí. U menší černé díry to můžeme brát jako v mezích tolerance (nebo pak pohlcovala ještě další hmotu apod.), 85 Sluncí je ale už moc velký rozdíl. Těžko se to dá vysvětlit jinak, než že by už tahle černá díra vznikla fúzí více černých děr nebo černé díry a gravitačně svázané hvězdy (eventuálně oboje v množném čísle). Na tom stále na pohled není nic divného, proč by fúze nemohly být mnohonásobné. Jenže nejspíš by už původní klastr černých děr musel být gravitačně provázán s černou dírou o hmotnosti těch 85 Sluncí. Nic podobného jsme dosud nezaznamenali, i když to samozřejmě neznamená, že klastry černých děr existovat nemohou. Problém je ovšem i v samotném sloučení takového klastru, když zase další modely vedou k závěru, že by k němu mělo dojít skoro najednou, ne postupně.
Proto se nyní objevila alternativní teorie, která událost GW190521 vysvětluje jinak – mohlo jít i o fúzi bosonových hvězd neboli hvězd typu proca. Pro bosony na rozdíl od fermionů neplatí Pauliho vylučovací princip, takže by se zdálo, že gravitace nebude mít žádný problém stlačit takovou hvězdu do dostatečně malého objemu, aby z ní vznikla černí díra. Tak jednoduché to ale není (ostatně žádné menší než „klasické hvězdné“ černé díry jsme dosud neobjevili). Z komplikované fyziky má naopak vyplývat, že pro bosonové hvězdy by neplatil horní limit hmotnosti, jaký známe u bílých trpaslíků nebo neutronových hvězd. Takže – konečně – dílčí závěr: bosonová hvězda by mohla mít i hmotnost 85 Sluncí nebo i víc.
Bosonové hvězdy jsme ovšem nikdy zatím neviděli, jde o zcela hypotetické objekty. Měly by navíc být vytvořeny z dosud neznámých typů bosonů – s nimiž se pracuje i v některých teoriích pokoušejících se vysvětlit temnou hmotu (tu by pak mohly tvořit i přímo tyto bosonové hvězdy). Dokázali bychom nějak odlišit fúzi bosonových hvězd od fúze černých děr stejné hmotnosti? Dostupná data jsou údajně cca v souladu s oběma možnostmi. Obecně by bosonové hvězdy oproti černým dírám stejné hmotnosti měly mít silná magnetická pole.
A aby to celé bylo ještě zamotanější: z hmotnosti bosonové hvězdy má jít odhadnout hmotnost bosonu, který ji tvoří. Při hmotnosti 85 Sluncí by muselo jít o extrémně lehké částice, řádově s biliontinou (trillionth) hmotnosti neutrina (poznámka: samozřejmě odhadované hmotnosti neutrina, a vzhledem k tomu, o kolik řádů se mohou tyto odhady lišit, to zase zrovna moc neříká…).
Bustillo, Juan Calderón, et al. “GW190521 as a Merger of Proca Stars: A Potential New Vector Boson of 8.7 × 10?13 eV.” Physical Review Letters 126.8 (2021): 081101.
Zdroj: Brian Koberlein: An Exotic Explanation for the Most Extreme Gravitational Wave Detected so far, Universe Today
Poznámka PH: Chápu-li dobře, výsledkem fúze už je ale každopádně „normální“ černá díra, nikoliv bosonová hvězda stejné hmotnosti, zde už tedy přímo nic nezjistíme.
Jeden rejp – vylučovací princip není Fermiho, ale Pauliho. Platí pro fermiony.
dekuji, ano, oprava