Undersøgelse afslører ny ikke -lineær dynamik i spinning bosoniske stjerner

Selvom forskere har undersøgt mørkt stof og forsøgt at observere det, dens natur er et mangeårigt videnskabeligt mysterium. Den standard kosmologiske model antyder, at cirka en fjerdedel af den kosmologiske energi og materie er næsten immun mod elektromagnetiske interaktioner, den eneste måde at observere den på er således at studere dens tyngdekraftseffekter. Imidlertid, den type partikler, der udgør mørkt stof, er stadig et emne for debat.

En teori, der har modtaget betydelig opmærksomhed i løbet af det sidste årti eller deromkring, antager, at mørkt stof i det mindste delvist består af ultralette partikler (dvs. meget lettere end elektroner, for eksempel). Disse partikler adskiller sig fra almindelige partikler på flere måder. For eksempel, deres elektroner, protoner eller neutroner, som udgør alle elementerne i det periodiske system, er fermioner. Som resultat, partiklerne har et halvt heltal spin, hvilket er lig med halvdelen.

De ultralette partikler, der foreslås som kandidater til mørkt stof, kaldes bosoner. Bosoner har et heltal spin, hvilket betyder, at det kan være, for eksempel, nul eller en. Den vigtigste forskel mellem fermioner og bosoner er, at fermioner følger det såkaldte Pauli-ekskluderingsprincip, der siger, at to lige fermioner ikke kan være på samme sted, som de afviser hinanden. På den anden side, bosoner kan klynge oven på hinanden, undertiden endda danne makroskopiske objekter, der består af et astronomisk antal lige store bosoner.

Forskere ved Universidade de Lisboa, Universitat de València og Universidade de Aveiro har for nylig gennemført en fascinerende undersøgelse, der udforskede dynamikken i spinning bosoniske stjerner, som er stjerner dannet af klynger af ultralette bosoner. Deres papir, udgivet i Fysisk gennemgangsbreve , giver værdifuld ny indsigt i dynamikken i forskellige typer af roterende bosoniske stjerner.

"Hvis bosoner er ultralette, de kan danne objekter med massen af ​​en stjerne som solen eller endnu mere massiv, "fortalte forskerne til Phys.org via e -mail." Disse stjerner, kaldet bosoniske stjerner, kan være spredt i hele universet, udgør en del (eller alle) af mørkt stof. Spørgsmålet er, om disse stjerner er stabile. "

Tidligere undersøgelser har vist, at når stjerner ikke snurrer, de er stabile. Imidlertid, som solen og alle kendte stjerner og planeter i vores galakse drejer rundt om deres akse, andre stjerner forventes at gøre det, såvel.

"Det langvarige spørgsmål var, om de roterende bosoniske stjerner er stabile, "sagde forskerne." Vores papir besvarer dette spørgsmål, og svaret er rigere end forventet. "

Samlet set, bosoniske stjerner kan være ret kompakte, hvilket betyder, at deres masse er indeholdt i et lille rum. På grund af denne særlige kvalitet, disse stjerner beskrives bedst ved hjælp af Albert Einsteins generelle relativitetsteori frem for Newtonsk tyngdekraft.

I deres undersøgelse, forskerne ved Universidade de Lisboa, Universitat de València og Universidade de Aveiro udførte en række numeriske relativitetssimuleringer ved hjælp af en gratis platform kaldet Einstein Toolkit. Selvom disse simuleringer, de løste numerisk ligningerne for generel relativitet, som beskriver tyngdekraftens adfærd, samt de tilsvarende udviklingsligninger for det stof, der sammensætter bosoniske stjerner.

"At udføre numeriske evolutioner kræver korrekte indledende data, der beskriver, hvordan tyngde- og materiefelterne er på et eller andet indledende tidspunkt, "forklarede forskerne." Vi overvejede således to scenarier. I det første scenario, en stor sky af det tilsvarende bosoniske stof er ved at kollapse for (potentielt) at danne en spinnende stjerne. I det andet scenario, vi starter med en stjerne i ligevægt for at vurdere, om den er robust mod forstyrrelser, eller, på den anden side, hvis det er ustabilt. "

Spinning bosoniske stjerner kan have forskellige morfologier. Hvis partiklen, de er lavet af, har et spin svarende til nul, de kaldes skalarstjerner. På den anden side, hvis denne partikel har et spin svarende til en, de betegnes som vektorstjerner.

Einsteins generelle relativitetsteori beskriver bosoniske stjerner, når de er kompakte, forudsiger, at roterende skalarstjerner har en donutlignende form (dvs. torus). Den samme teori forudsiger, at vektorstjerner har en form, der er mere almindelig for roterende, mere eller mindre sfæriske stjerner, men let fladt ved polerne (dvs. kugleformet), ligesom planeten Jorden.

Interessant nok, de numeriske simuleringer og analyser udført af forskerne viser, at når toroidale stjerner er lidt forstyrret, de bryder til sidst i stykker. Nogle af disse stykker bliver derefter skubbet væk, tager stjernens vinkelmoment.

"Slutresultatet er en total fission af den oprindelige stjerne, eller i nogle tilfælde afslapning af den originale stjerne til en lysere, ikke-roterende stjerne, eller alligevel, i andre tilfælde, stjernens fulde sammenbrud i et sort hul, "sagde forskerne." I tilfælde af kugleformede stjerner, på den anden side, de er robuste over for forstyrrelser, ligesom de normale stjerner, man kender i universet. "

Forskerne samlede interessante fund, der kunne kaste lys over bosoniske stjerners dynamik. Måske endnu mere bemærkelsesværdigt, imidlertid, undersøgelsen tyder på, at påvisning af roterende ultralette mørke stofstjerner kunne bidrage til bedre at forstå arten af ​​partikler, der udgør mørkt stof, især deres spin. I fremtiden, forskerne planlægger at udføre yderligere forskning med fokus på ustabilitet ved at spinde skalariske bosoniske stjerner, overvejer en mere kompleks type partikel, der kan interagere med sig selv.

"Disse selvinteraktioner foreslås af nogle modeller af mørkt stof og højenergifysik, "forklarede forskerne." Det spørgsmål, vi er interesseret i at udforske, er:kan de slukke ustabiliteten? I øvrigt, vi vil gerne vurdere, om ustabiliteten i sig selv er relateret til morfologien. Det er, hvis toroidale stjerner altid er ustabile. At gøre dette, vi analyserer nogle mere komplicerede modeller af roterende vektorstjerner, der kan tage den toroidale form for at teste, om de også er ustabile. "

© 2019 Science X Network