Autorzy pracy opublikowanej 28 czerwca w bazie danych arXiv zbadali, co może się stać, gdy gwiazdy bozonowe, czyli teoretyczne duże obiekty zbudowane z niewidzialnej ciemnej materii – osiągną kres swojego żywota. Ich zdaniem gwiazdy te mogą eksplodować niczym supernowe, ale jako niewidoczne „bosenowe”.
Niewidzialna warstwa kosmosu
Ciemna materia to tajemnicza, hipotetyczna substancja, która ma stanowić ponad 85% masy każdej galaktyki we Wszechświecie. Jest ona substancją hipotetyczną, ponieważ na jej istnienie wskazuje wiele dowodów pośrednich, a póki co nie udało się jej wykryć bezpośrednio. Nie wiadomo nawet, jaką formę ciemna materia może przyjmować.
Przez lata wiodącą teorią było to, że cząstka ciemnej materii jest ciężka – tak samo ciężka, jeśli nie cięższa niż cząstki takie jak protony i neutrony. Jednak poszukiwania interakcji między ciężką ciemną materią a normalną materią nie przyniosły rezultatów. Dlatego teraz teoretycy zwracają się ku modelom, w których ciemna materia jest wyjątkowo lekka.
Hipotetyczne eksplozje
Warto tu wspomnieć, że najlżejszą znaną cząstką jest neutrino, które jest około 500 000 razy lżejsze od elektronu. Według najbardziej ekstremalnych modeli lekka ciemna materia może być miliardy razy lżejsza od neutrina. Jeśli ciemna materia ma faktycznie tak małą masę, może zachowywać się w nieoczekiwany sposób, na przykład nie jak cząstki, a jak fale, gromadząc się w ciasne skupiska zwane gwiazdami bozonowymi. Nazwa wzięła się stąd, że w tych modelach ciemna materia jest rodzajem cząstek znanych jako bozony.
Gwiazdy bozonowe mają utrzymywać równowagę ciśnień w swoim wnętrzu dzięki dwóm konkurującym ze sobą siłom. Z jednej strony mamy grawitację, która chce ściskać gwiazdę. Z drugiej mamy energię ciemnej materii, która ma być odporna na działanie grawitacji.
W miarę starzenia się, gwiazdy bozonowe mają powoli zyskiwać na masie, albo poprzez gromadzenie nowej ciemnej materii, albo poprzez łączenie się z innymi gwiazdami bozonowymi. W końcu masa takiej gwiazdy może jednak osiągnąć punkt krytyczny, w którym ciemna materia nie będzie się już w stanie oprzeć przyciąganiu grawitacyjnemu. W takim wypadku gwiazda bozonowa zaczęłaby się zapadać, by w końcu wybuchnąć jako bosenova.
Zapadnięcie się gwiazdy bozonowej następowałoby stosunkowo powoli i początkowo w ramach tego procesu nie wydarzyłoby się nic katastrofalnego. Ostatecznie jednak stłoczone cząstki ciemnej materii zaczęłyby wpadać na siebie, anihilując się nawzajem i uwalniając energię. Energia z kolapsu zostałaby uwolniona z gwiazdy bozonowej w postaci wysokoenergetycznych cząstek o dużej prędkości, ale jako że te cząstki byłyby niewiarygodnie lekkie, zjawisko wyglądałoby jak wybuch fal ciemnej materii emitowanych przez umierającą gwiazdę bozonową. Analogicznie, kiedy normalne gwiazdy wybuchają jako supernowe, uwalniają ogromną liczbę fotonów czyli cząstek światła. Jako że fotony nie mają masy, wykazują wiele cech fal elektromagnetycznych.
Zjawisko czekające na wykrycie
Zdaniem naukowców jako że wybuchy bosenowych są dla nas całkowicie niewidoczne, te eksplozje mogłyby mieć miejsce nawet w pobliżu Układu Słonecznego, a my nigdy nie zdalibyśmy sobie z tego sprawy. Jedynym sposobem na wykrycie bosenowej miałoby być zaprojektowanie i zbudowanie detektora, który byłyby w stanie wykrywać ultralekką ciemną materię.
Oczywiście, na świecie już prowadzone są liczne eksperymenty, które mają na celu wykrycie ciemnej materii. Naukowcy mają nadzieję, że teraz, gdy nakreślili, jak wyglądałby wybuch bosenowej, w ramach tych eksperymentów uda się znaleźć ślady takiego zjawiska. O wybuchu bosenowej miałoby świadczyć wykrycie przez współczesny detektor fali ciemnej materii pochodzącej z określonego punktu na niebie.
Źródło: arXiv, fot. tyt. NASA/CXC/SAO