Umělecká vize srážky bosonových hvězd. Kredit: Nicolas Sanchis Gual and Rocio Garcia Souto.

S příchodem funkčních gravitačních observatoří se pro nás otevřelo nové okno do vesmíru. Díky němu detekujeme události, o nichž jsme si předtím mohli jen nechat zdát. Problém je, že ne vždy rozumíme tomu, co vlastně gravitační observatoře pozorovaly.

Už jsme zachytili celou řadu gravitačních vln. Většina pochází z monumentálních srážek černých děr, v některých byly namočené neutronové hvězdy. Některé z detekovaných gravitačních vln jsou ale divné. Královnou mezi nimi je událost z roku 2019, která nese označení GW190521. Mainstreamový názor říká, že šlo o srážku dvou černých děr o hmotnostech asi 85 a 66 Sluncí.

Nicholas Santis-Gual. Kredit: Valencia Virgo Group.

Vědci mají ale podezření, že by za událostí GW190521, která se odehrála ve vzdálenosti asi 17 miliard světelných let (Luminosity distance), mohly být nějaké exotické objekty. Objevila se již celá řada návrhů, ale doposud se žádný úplně neprosadil. Nicolas Sanchis-Gual ze španělské Universitat de València a jeho kolegové mají za to, že jde o srážku bosonových hvězd.

Bosonové hvězdy jsou zatím zcela hypotetické objekty, které by měly tvořit bosony, tedy částice se symetrickou vlnovou funkcí a celočíselným spinem, jak by řekl částicový fyzik. Bosony mohou být částice interakcí, jako starý dobrý foton nebo vykřičený Higgsův boson, ale i částice látky, kupříkladu mezony, tetrakvarky nebo částice alfa (jádro helia-4). V konkrétním případě gravitační události GW190521 by podle autorů studie mělo jít o Procovy hvězdy (Proca star), tedy vlastně Bose-Einsteinovy kondenzáty masivních bosonů se spinem 1.

Pokud jde o bosonové hvězdy, ty by si s běžnými bosony nevystačily. Jestli existují, tvoří je nejspíš nějaké doposud neznámé bosony, které jsou velmi stabilní a na rozdíl od fotonů mají nějakou hmotnost. Jedněmi z možných kandidátů jsou axiony, dnes populární, ale rovněž zcela hypotetické částice. Bosonové hvězdy by spolehlivě rozšířily sbírku dech beroucích objektů, protože připomínají spíš halucinaci přepracovaného astronoma než vesmírné těleso. Měly by být neviditelné, průhledné a díky drtivé gravitaci by dramaticky ohýbaly prostor.

Byly to bosonové hvězdy? Kredit: Galician Institute of High Energy Physics.

Jak připouští Sanchis-Gual, bosonové hvězdy by vlastně měly být jako černé díry. Oproti slavným gravitačním monstrům mají ale výhodu v tom, že postrádají horizont událostí a singularitu. To jsou zrovna vlastnosti černých děr, kterým moc nerozumíme a které nám dělají, slušně řečeno, nepořádek ve fyzice. Další přidanou hodnotou bosonových hvězd je, že by mohly představovat přinejmenším část temné hmoty, kterou stále hledáme.

Bosonové hvězdy není možné jen tak najít. Jsou neviditelné, a i když určitě vytvářejí gravitační čočky, jejich účinek by pravděpodobně nešlo odlišit od působení tradiční černé díry. Nicméně, Sanchis-Gual a spol. jsou přesvědčeni, že gravitační astronomové by jako jediní mohli tyhle vesmírné podivnosti identifikovat, pokud se dvě bosonové hvězdy srazí a rozvlní časoprostor gravitačními vlnami.

Vědci v rámci zmíněného výzkumu analyzovali celkem tři podezřelé gravitační události. Kromě zmíněné GW190521 ještě také GW190426 a GW200220. Zatímco GW190521 jim pěkně pasuje do modelů se srážkou bosonových hvězd, druhé dvě události naopak takovou srážkou pravděpodobně nebyly. Časem, doufejme, se snad dozvíme víc.

Video: Light in the dark: GW190521 as a boson star merger (Nicolás Sanchis-Gual)

Literatura

IFL Science 10. 1. 2024.

Physical Review D 108: 123020.