Bozono žvaigždės: Tamsiosios materijos paslaptys

Naktinis dangus, pilnas žėrinčių žvaigždžių, gali slėpti dar vieną sluoksnį paslapčių. Naujausi tyrimai rodo, kad Visata gali būti pilna nematytų bozoninių arba tamsiųjų žvaigždžių, kurios sudarytos iš egzotiškos materijos formos. Šis straipsnis gilinsis į tamsiosios materijos teorijas, aksionus kaip galimas kandidatas ir naujausius eksperimentus, kurie siekia atskleisti šias kosmoso paslaptis.

Mokslininkai mano, kad Visata gali būti užpildyta neįprastomis bozoninėmis arba tamsiosiomis žvaigždėmis.

Jei pažvelgsite į naktinį dangų, galite pamatyti milijonus skirtingo ryškumo šviečiančių žvaigždžių. Tuo pačiu metu mokslininkai teigia, kad kosmosas gali būti užpildytas nematomomis bozono žvaigždėmis, kurios susideda iš egzotiškos materijos formos, rašo „Space“.

Remiantis šiuolaikinėmis idėjomis apie Visatą, didžioji dalis joje esančios medžiagos yra tamsioji medžiaga. Yra daug netiesioginių įrodymų, kad tokia materijos forma egzistuoja. Mokslininkai mano, kad tamsioji medžiaga gali būti kažkokia neatrasta dalelė, tačiau tiesioginių įrodymų tam kol kas nėra.

Maždaug pastaruosius 20 metų mokslininkai manė, kad tamsioji medžiaga yra silpnai sąveikaujanti masyvi dalelė (WIMP). Numatyta, kad ši nauja dalelė turi maždaug tokią pat masę kaip ir sunkiausia dalelė Visatoje – tikrasis kvarkas. Tačiau WIMP iš esmės išlieka nematoma dalelė, nes ji itin retai sąveikauja su įprasta medžiaga. Tačiau ilgos WIMP paieškos rezultatų nedavė.

Todėl mokslininkai svarsto, kad tamsioji medžiaga gali būti hipotetinė, bet neatrasta dalelė, vadinama aksionu (axion). Ši dalelė buvo įvesta siekiant išspręsti problemą, susijusią su stipriąja sąveika, viena iš keturių pagrindinių gamtos jėgų.

Stebėjimai rodo, kad stipriąją sąveiką Visatoje lemia dvi svarbios simetrijos: krūvis ir paritetas. Tai reiškia, kad jei stipriojoje sąveikoje pakeičiate visų dalelių krūvius į priešingas reikšmes ir pažvelgiate į reakciją veidrodiniame vaizde, gausite tą patį rezultatą.

Tačiau teorijoje niekas nesako, kad stiprioji sąveika turi paklusti šioms simetrijoms. Fizikai bandė tai išspręsti pridėdami naują parametrą į lygtį ir nustatydami šį parametrą į nulį, tačiau tai neišsprendė problemos. Tada mokslininkai nusprendė, kad galbūt šis parametras reiškia naują kvantinį lauką, o sąveika su šiuo lauku natūraliai sukuria simetriją. Tai yra ašis, kuri išsprendžia simetrijos problemą. Jei aksionai egzistuoja, jos puikiai tinka tamsiosios materijos vaidmeniui, nes jų turėtų būti daug, o su įprasta medžiaga jie sąveikauja labai retai, jei išvis. Tačiau yra ir kitų aksionų savybių.

Šios dalelės, anot fizikų, yra labai lengvos. Jų masė turėtų būti trilijonus kartų mažesnė nei lengviausios Visatos dalelės – neutrino. Todėl aksionų kvantinės bangos prigimtis turėtų pasireikšti makroskopiniu mastu. Nors su kiekviena dalele taip pat yra susijusi banga, paprastai apie tai negalvojama, nebent kalbame apie subatomines kvantines sistemas. Tačiau aksionai gali paskleisti savo bangos ilgį visoje galaktikoje.

Fizikai taip pat mano, kad aksionai yra bozonai. Tai yra dalelių tipas, kuris gali būti toje pačioje kvantinėje būsenoje. Tai yra, jie gali tilpti tiek, kiek nori kompaktiškame tūryje. Tokiu būdu bozonai yra panašūs į fotonus, tačiau skiriasi nuo kitų dalelių, pavyzdžiui, elektronų, kurie kompaktiškame tūryje gali sutalpinti tik tam tikrą skaičių.

Šios dvi aksionų savybės reiškia, kad jie labai gerai suspaudžiami iki neįtikėtinai didelio tankio, traukiamos jų pačių gravitacijos. Mokslininkai mano, kad jie gali sukurti savotišką žvaigždę. Tačiau ši žvaigždė visiškai nematoma, nes neskleidžia šviesos ir su niekuo nesąveikauja.

Tokios žvaigždės vadinamos bozoninėmis, aksioninėmis arba tamsiosiomis žvaigždėmis. Manoma, kad jos gali būti įprastos žvaigždės dydžio, bet gali būti ir tokios didžiulės, kad apimtų visą galaktikos šerdį.

Viena vertus, aptikti bozono žvaigždę yra labai sunku, nebent ji būtų Saulės sistemoje, kad aksionus būtų galima aptikti antžeminiais detektoriais. Tačiau naujausi tyrimai rodo, kad egzistuoja ir kiti metodai, kaip nustatyti šių žvaigždžių buvimą. Pavyzdžiui, mokslininkai ieško gravitacinių efektų, kuriuos tokios žvaigždės galėtų sukelti, arba naudoja radijo astronomiją, kad aptiktų silpnus signalus, kurie galėtų būti susiję su aksionų sąveika su magnetiniais laukais.

Be to, naujausi eksperimentai, tokie kaip ADMX (Axion Dark Matter eXperiment), siekia tiesiogiai aptikti aksionus, naudojant stiprius magnetinius laukus ir mikrobangų rezonansą. Nors kol kas šie eksperimentai tiesioginių įrodymų nepateikė, jie žymiai susiaurino aksionų masės ir sąveikos stiprumo diapazoną.

Ateities perspektyvos

Ateityje, su naujų technologijų ir detektorių kūrimu, mokslininkai tikisi gauti dar tikslesnius duomenis apie tamsiąją materiją ir galbūt netgi tiesiogiai aptikti aksionus arba kitas kandidatines tamsiosios materijos daleles. Tai galėtų atverti naujas galimybes suprasti ne tik tamsiąją materiją, bet ir fundamentalias fizikos jėgas bei Visatos struktūrą.

• Naujausi tyrimai ir eksperimentai, tokie kaip ADMX, vis dar vyksta, siekiant aptikti aksionus ar kitas tamsiosios materijos daleles. Šie eksperimentai iki šiol neparodė tiesioginių įrodymų, bet ženkliai sumažino aksionų masės ir sąveikos stiprumo diapazoną. Jei norite, galiu atlikti paiešką internete dėl naujausių atnaujinimų.