Hvad er en bosonisk stjerne?
En bosonstjerne er et hypotetisk astronomisk objekt bestående af bosoner
En kunstnerisk repræsentation af kollisionen mellem bosoniske stjerner.
Bosoniske stjerner kunne have dannet sig som et resultattyngdekraft sammenbrud i de indledende faser af universets udvikling efter Big Bang. En supermassiv bosonisk stjerne kunne i det mindste teoretisk være placeret i midten af en galakse, og dette kunne forklare mange af de observerede egenskaber ved aktive galaktiske kerner. Bosoniske stjerner betragtes også som mulige bestanddele af mørkt stof.
Tidligere har forskere ikke fundet nogen tvingende årsagat antage, at der findes sådanne stjerner, og at det eneste kendte stabile boson er en foton, en masseløs partikel, der altid bevæger sig med lysets hastighed. Forskerne spekulerede på, at binære bosoniske stjerner muligvis kunne påvises ved den tyngdekraftstråling, de udsender.
Bosoner, fermioner, fotoner
Bosonstjerner er lavet af bosoner. Men hvad er bosoner?
Boson er en partikel eller en kvasipartikel med en helhedværdien af spindet (intrinsisk vinkelmomentum), udtrykt i enheder af Dirac-konstanten. Bosoner, i modsætning til fermioner, adlyder Bose-Einstein-statistikker, som tillader et ubegrænset antal identiske partikler at eksistere i en kvantetilstand.
Bosons blev opkaldt efter den indiske fysiker Sh. Bose. Udtrykket "boson" blev opfundet af Paul Dirac.
Systemer med to eller flere identiske bosoner er beskrevet af bølgefunktioner, der er ens med hensyn til partikelomlejringer.
Symmetrisk bølgefunktion af to bosoner i et uendeligt firkantet potentiale
Fermion - en partikel eller kvasipartikel med et halvt heltalspinværdi. Alle partikler kan opdeles i to grupper afhængigt af værdien af deres spin: Partikler med heltalsspin tilhører bosoner, og partikler med halvt heltals spin tilhører fermioner.
Eksempler på fermioner:kvarker (de danner protoner og neutroner, som også er fermioner), leptoner (elektroner, muoner, tau leptoner, neutrinoer), huller (kvasipartikler i en halvleder). Fermioner er også kvantemekaniske systemer, der består af et ulige antal fermioner (og en vilkårligt antal bosoner).
Fermioner adlyder Pauli-princippet.Lad os huske, at dette princip er et af de grundlæggende principper i kvantemekanikken. Ifølge ham kan to eller flere identiske fermioner ikke samtidig være i samme kvantetilstand. Den termodynamiske ligevægtstilstand for et sådant system er beskrevet af Fermi-Dirac-statistikker, som er hvor deres navn kommer fra. Navn "fermion "blev introduceret af den engelske teoretiske fysiker Paul Dirac fra navnet på den italienske fysiker Enrico Fermi.
Tidligere havde forskerne ikke fundet nogen tvingende grundeantag, at der findes lignende stjerner, og det eneste kendte stabile boson er fotonen, en masseløs partikel, der altid rejser med lysets hastighed. Det blev antaget, at dobbeltbosoniske stjerner muligvis kunne detekteres af den gravitationsstråling, de udsender.
Indtil for nylig.
Hvad fandt forskerne ud af?
I september 2020, samarbejdet LIGO og Jomfruenannonceret påvisningen af gravitationsbølgesignalet GW190521. Det svarede til sammenstødet af to sorte huller, hvis masser er 85 og 66 gange Solens masse. Takket være denne begivenhed blev der dannet et sort hul med en masse på 142 sole. Forskere teoretiserede, at disse i virkeligheden var bosoniske stjerner, der består af ultralette bosoner. Forresten er deres masse milliarder af gange mindre end massen af elektroner. Et ubegrænset antal bosoner kan indtage den samme kvantetilstand. Dette adskiller dem fra fermioner, som er underlagt Pauli-udelukkelsesprincippet.
De simulerede sorte huller, der skabte GW190521-begivenheden inden fusionen. Kredit: Deborah Ferguson, Karan Jani, Deirdre Shoemaker, Pablo Laguna, Georgia Tech, MAYA Collaboration
Tidligere siden 2015 LIGO- og Jomfru-detektoreropdaget og fortolket omkring 50 gravitationsbølgesignaler. Alle antages at være opstået fra sammensmeltninger af sorte huller og neutronstjerner, hvilket har gjort det muligt for fysikere at uddybe deres viden om disse objekter.
En kunstnerisk repræsentation af de sorte huller, der gav anledning til GW190521 begivenheden. Kredit: Deborah Ferguson, Karan Jani, Deirdre Shoemaker, Pablo Laguna, Georgia Tech, MAYA Collaboration
Bosoniske stjerner er næsten lige så kompakte somsorte huller, men i modsætning til dem har de ikke en begivenhedshorisont. Når de støder sammen, udsender disse eksotiske genstande gravitationsbølger. Det er som et resultat af deres fusion, at en stor bosonisk stjerne dannes. Over tid kan det blive et ustabilt objekt og simpelthen kollapse i et sort hul.
Gravitationsbølger er krusninger i stoffet i rumtid, der bevæger sig med lysets hastighed. De mest voldelige begivenheder i universet er deres kilder.
Sådan en usædvanlig masse af deltagere i kollisionener blevet et stort problem. Årsagen er enkel - ifølge den almindeligt accepterede model for stjernernes udvikling kunne et sort hul med en masse på 85 sol ikke have dannet sig som et resultat af en stjernes sammenbrud. Dette rejste en række tvivl om rigtigheden af fortolkningen af kilden til GW190521.
Udviklingen af de sorte huller, der gav anledning til begivenheden GW190521. Kredit: Deborah Ferguson, Karan Jani, Deirdre Shoemaker, Pablo Laguna, Georgia Tech, MAYA Collaboration
Som et resultat foreslog forskere et alternativen forklaring på oprindelsen af GW190521-signalet, rapporterer In-Space. Fysikere har foreslået, at der var en kollision mellem to eksotiske objekter kendt som bosoniske stjerner. Under deres analyse var de også i stand til at estimere massen af en ny partikel, der udgør disse objekter - en ultralet boson med en masse milliarder af gange mindre end massen af en elektron.
Hvad vil den nye opdagelse føre til?
Kilden til tyngdebølger fanget i 2019år, kan der have været to sammenstødende bosoniske stjerner snarere end et par massive sorte huller, sagde fysikere i en undersøgelse præsenteret i Physical Review Letters. I modsætning til almindelige stjerner er bosoniske stjerner sammensat af ultralette bosoner. Forresten er de en af de mest attraktive kandidater til mørkt stof. Opdagelsen vil bevæge forskningen i søgen efter det mystiske stof fremad. Hvis forskernes konklusioner bekræftes, vil denne begivenhed være det første bevis på eksistensen af mystiske hypotetiske objekter, der er kandidater til usynligt mørkt stof, der udgør 27% af universets masse.
Billede af galaksehoben MACS J0717.5 + 3745 og mørk massefordeling (blå)
spacetelescope.org
Husk mørkt stof i astronomi ogkosmologi såvel som i teoretisk fysik - en form for stof, der ikke deltager i elektromagnetisk interaktion og derfor er utilgængelig for direkte observation. Det handler om en fjerdedel af universets masse-energi og manifesterer sig kun i tyngdekraftsinteraktion.
Det fandt holdet selvanalysen har tendens til at understøtte hypotesen om fusioner i sorte huller, dataene foretrækker faktisk fusion af bosoniske stjerner, omend ikke overbevisende. Professor Jose A. Font fra Universitetet i Valencia sagde: ”Vores resultater viser, at de to scenarier næsten ikke skelnes i dataene. Alligevel passer hypotesen om en eksotisk bosonisk stjerne bedre. Dette er meget interessant, fordi boson-stjernemodellen i øjeblikket er meget begrænset og underlagt betydelige forbedringer. En mere avanceret model kan føre til endnu mere bevis på dette scenarie og vil også muliggøre undersøgelse af tidligere observationer af tyngdekraftsbølger under antagelse af sammensmeltning af bosoner og stjerner. "
Læs også
Fysikere har skabt en analog til et sort hul og bekræftet Hawkings teori. Hvor det fører hen?
Abort og videnskab: hvad vil der ske med de børn, der føder
Forskere har opdaget hastighedsgrænsen i kvanteverdenen
Electronvolt er en enhed uden energi,anvendt i atom- og kernefysik, i elementær partikelfysik og i beslægtede og beslægtede videnskabelige områder. I Den Russiske Føderation er elektronvolt godkendt til brug som en off-system-enhed i en ubegrænset periode med omfanget af "fysik".
Kvasipartikel er et begreb inden for kvantemekanikken, hvis introduktion gør det muligt væsentligt at forenkle beskrivelsen af komplekse kvantesystemer med interaktion, såsom faste stoffer og kvantevæsker.
Diracs konstant, eller Plancks konstant -Dirac er et undertiden brugt navn for den reducerede (reducerede) Planck-konstant - en koefficient, der relaterer vinkelfrekvensen af en foton (eller anden kvante) til dens energi. Normalt kaldes Dirac-konstanten den rationaliserede eller reducerede Planck-konstant.
En kvantetilstand er enhver mulig tilstand, som et kvantesystem kan være i. En ren kvantetilstand kan beskrives:
- I bølgemekanik er en bølgefunktion,
- I matrixmekanik -tilstandsvektor, eller et komplet sæt kvantetal for et bestemt system.
Disse beskrivelser er matematisk ækvivalente.
En kvark er en fundamental partikel i standardmodellen, der har en elektrisk ladning, der er et multiplum afe/ 3, og ikke observerbar i en fri tilstand, mendel af hadroner (stærkt interagerende partikler såsom protoner og neutroner). Kvarker er strukturløse, punktlignende partikler; dette er blevet bekræftet op til en skala på ca. 10-16 cm, hvilket er cirka tusind gange mindre end størrelsen af en proton.
Proton er en af tre (sammen med neutron ogelektron) elementarpartikler, som almindeligt stof er bygget af. Protoner er en del af atomkerner; Serienummeret på et kemisk grundstof i det periodiske system er lig med antallet af protoner i dets kerne.
Neutron (fra lat.neutrum - hverken det ene eller det andet) er en tung elementarpartikel, der ikke har nogen elektrisk ladning. Neutronen er en fermion og tilhører klassen af baryoner. Neutroner og protoner er de to hovedkomponenter i atomkerner; det fælles navn for protoner og neutroner er nukleoner.
Leptoner er grundlæggende partikler med halvtalt spin, der ikke deltager i stærke interaktioner. Sammen med kvarker og målebosoner er leptoner en integreret del af standardmodellen.
Et hul er en kvasepartikel, en bærer af en positivladning svarende til den grundlæggende ladning i halvledere. Begrebet en kvasepartikel med en positiv ladning og positiv effektiv masse er intet andet end en terminologisk erstatning for begrebet en reel partikel med en negativ ladning og negativ effektiv masse.