Поруч з нами може бути бозонна зірка: що це таке і яке її відношення до темної матерії.

Якщо поглянути на нічне небо, можна побачити мільйони світящихся зірок, які мають різну яскравість. Водночас вчені припускають, що космос може бути заповнений невидимими бозонними зірками, що складаються з екзотичної форми матерії, яка не світиться, пише Space.

Частинки темної матерії

Згідно з сучасними уявленнями про Всесвіт, більшу частину матерії в ньому складає темна матерія. Є багато непрямих доказів того, що ця форма матерії існує. Вчені вважають, що темна матерія є якоюсь ще не виявленою частинкою, але наразі немає прямих доказів цього.

Протягом останніх приблизно 20 років вчені вважали, що темна матерія – це гіпотетична частинка WIMP або слабо взаємодіюча масивна частинка. Передбачалося, що ця нова частинка матиме приблизно таку ж масу, як найважча частинка у Всесвіті, тобто істинний кварк. Але WIMP в значній мірі залишається невидимою частинкою, адже вона надзвичайно рідко взаємодіє з нормальною матерією. Проте тривалі пошуки частинки WIMP не дали результатів.

Тому вчені припустили, що темна матерія – це гіпотетична ще не виявлена частинка під назвою аксіон. Цю частинку ввели для вирішення проблеми, пов'язаної зі сильною взаємодією, однією з чотирьох основних сил природи. Спостереження показують, що сильна взаємодія підпорядковується двом важливим симетріям у Всесвіті: заряду та парності. Це означає, що якщо взяти сильну взаємодію, змінити заряди всіх частинок на протилежні значення та подивитися на реакцію у дзеркальному відображенні, то отримаємо той самий результат.

Але нічого в теорії не говорить, що сильна взаємодія повинна підпорядковуватися цим симетріям. Фізики намагалися виправити це, додавши новий параметр в рівняння і встановивши цей параметр рівним нулю, але це не вирішило проблему. Потім вчені вирішили, що, можливо, цей параметр представляє собою нове квантове поле, і взаємодія з цим полем природним чином створює симетрію. Це і є аксіон, який вирішує проблему симетрії.

Якщо аксіони існують, то вони добре підходять на роль темної матерії, адже їх повинно бути дуже багато, і вони дуже рідко взаємодіють з нормальною матерією, якщо взагалі це роблять. Але є ще деякі особливості у аксіонів.

Бозонні зірки

Ці частинки, як вважають фізики, дуже легкі. Їхня маса повинна бути в трильйони разів меншою, ніж у найлегшої частинки у Всесвіті – нейтрино. Тому квантово-хвильова природа аксіонів повинна проявлятися на макроскопічних масштабах. Хоча з кожною частинкою також пов'язана хвиля, про неї зазвичай не думають, якщо тільки мова не йде про субатомні квантові системи. Але аксіони можуть розповсюджувати свою довжину хвилі по всій галактиці.

Також фізики вважають, що аксіони є бозонами. Це вид частинок, які можуть перебувати в одному й тому ж квантовому стані. Тобто їх можна умістити стільки, скільки завгодно, в компактний об'єм. Таким чином, бозони схожі на фотони, але відрізняються від інших частинок, таких як електрони, які можна помістити в компактний об'єм тільки певну кількість.

Ці два властивості аксіонів означають, що вони дуже добре стискаються до неймовірно високої щільності, притягуючи свою власну гравітацією. Вчені вважають, що вони можуть створити свого роду зірку. Але ця зірка повністю невидима, адже вона не випромінює світло і ні з чим не взаємодіє.

Такі зірки називають бозонними зірками, аксіонними зірками та темними зірками. Вважається, що вони можуть бути розміром з звичайну зірку, але можуть бути також настільки величезними, що охоплюють все ядро галактики.

З одного боку, виявити бозонну зірку надзвичайно складно, якщо тільки вона не знаходиться в Сонячній системі або не проходить через Землю, щоб аксіони могли бути помічені земними детекторами. З іншого боку, бозонні зірки можуть робити все, щоб їх виявили. Наприклад, вони можуть втручатися в термоядерний синтез у ядрах звичайних зірок або вибухати, як наднові.