Hoewel onderzoekers donkere materie hebben bestudeerd en geprobeerd te observeren, de aard ervan is een al lang bestaand wetenschappelijk mysterie. Het standaard kosmologische model suggereert dat ongeveer een kwart van de kosmologische energie en materie bijna immuun is voor elektromagnetische interacties, dus de enige manier om het te observeren is om zijn zwaartekrachteffecten te bestuderen. Echter, het type deeltjes waaruit donkere materie bestaat, is nog steeds een onderwerp van discussie.

Een theorie die de afgelopen tien jaar veel aandacht heeft gekregen, veronderstelt dat donkere materie op zijn minst gedeeltelijk bestaat uit ultralichte deeltjes (d.w.z. veel lichter dan elektronen, bijvoorbeeld). Deze deeltjes verschillen op verschillende manieren van gewone deeltjes. Bijvoorbeeld, hun elektronen, protonen of neutronen, die alle elementen van het periodiek systeem vormen, zijn fermionen. Als resultaat, de deeltjes hebben een spin van een half geheel getal, wat gelijk is aan de helft.

De ultralichte deeltjes die worden voorgesteld als kandidaten voor donkere materie, staan ​​​​bekend als bosonen. Bosonen hebben een geheeltallige spin, wat betekent dat het zou kunnen zijn, bijvoorbeeld, nul of één. Het belangrijkste verschil tussen fermionen en bosonen is dat fermionen het zogenaamde Pauli-uitsluitingsprincipe volgen, waarin staat dat twee gelijke fermionen niet op dezelfde plaats kunnen zijn, als ze elkaar afstoten. Anderzijds, bosonen kunnen op elkaar clusteren, soms zelfs macroscopische objecten die uit een astronomisch aantal gelijke bosonen bestaan.

Onderzoekers aan de Universidade de Lisboa, Universitat de València en Universidade de Aveiro hebben onlangs een fascinerende studie uitgevoerd naar de dynamiek van draaiende bosonische sterren, dat zijn sterren gevormd uit clusters van ultralichte bosonen. hun papier, gepubliceerd in Fysieke beoordelingsbrieven , biedt waardevol nieuw inzicht in de dynamiek van verschillende soorten draaiende bosonische sterren.

"Als bosonen ultralicht zijn, ze kunnen objecten vormen met de massa van een ster zoals de zon of zelfs massiever, " vertelden de onderzoekers Phys.org via e-mail. "Deze sterren, bosonische sterren genoemd, kan verspreid zijn over het heelal, deel uitmaken van (of alle) donkere materie. De vraag is of deze sterren stabiel zijn."

Eerdere studies hebben aangetoond dat wanneer sterren niet draaien, ze zijn stabiel. Echter, terwijl de zon en alle bekende sterren en planeten in onze melkweg om hun as draaien, van andere sterren wordt verwacht dat ze dit doen, ook.

"De slepende vraag was of de roterende bosonische sterren stabiel zijn, " zeiden de onderzoekers. "Onze paper beantwoordt deze vraag en het antwoord is rijker dan verwacht."

Algemeen, bosonische sterren kunnen vrij compact zijn, wat betekent dat hun massa zich in een kleine ruimte bevindt. Door deze bijzondere kwaliteit deze sterren kunnen het best worden beschreven met behulp van de algemene relativiteitstheorie van Albert Einstein in plaats van de zwaartekracht van Newton.

In hun studie hebben de onderzoekers van Universidade de Lisboa, Universitat de València en Universidade de Aveiro voerden een reeks numerieke relativiteitssimulaties uit met behulp van een gratis platform genaamd de Einstein Toolkit. Hoewel deze simulaties, ze numeriek opgelost de vergelijkingen van de algemene relativiteitstheorie, die het gedrag van de zwaartekracht beschrijven, evenals de bijbehorende evolutievergelijkingen voor de materie waaruit bosonische sterren bestaan.

"Het uitvoeren van numerieke evoluties vereist correcte initiële gegevens die beschrijven hoe de zwaartekracht- en materievelden op een bepaald moment zijn, " legden de onderzoekers uit. "We hebben dus twee scenario's overwogen. In het eerste scenario een grote wolk van de overeenkomstige bosonische materie staat op het punt in te storten om (mogelijk) een draaiende ster te vormen. In het tweede scenario we beginnen met een ster in evenwicht om te beoordelen of deze robuust is tegen verstoringen, of, anderzijds, als het instabiel is."

Draaiende bosonische sterren kunnen verschillende morfologieën hebben. Als het deeltje waaruit ze zijn gemaakt een spin gelijk aan nul heeft, ze worden scalaire sterren genoemd. Anderzijds, als dit deeltje een spin gelijk aan één heeft, ze worden vectorsterren genoemd.

Einsteins algemene relativiteitstheorie beschrijft bosonische sterren als ze compact zijn, voorspellen dat roterende scalaire sterren een donutachtige vorm hebben (d.w.z. torus). Dezelfde theorie voorspelt dat vectorsterren een vorm hebben die vaker voorkomt bij roteren, min of meer bolvormige sterren, maar enigszins afgeplat aan de polen (d.w.z. bolvormig), zoals die van planeet Aarde.

interessant, de door de onderzoekers uitgevoerde numerieke simulaties en analyses laten zien dat wanneer ringkernsterren enigszins worden verstoord, ze breken uiteindelijk in stukken. Sommige van deze stukken worden dan weggeduwd, het impulsmoment van de ster nemen.

"Het eindresultaat is een totale splitsing van de oorspronkelijke ster, of in sommige gevallen, de versoepeling van de oorspronkelijke ster tot een aansteker, niet roterende ster, of toch, in andere gevallen, de volledige ineenstorting van de ster in een zwart gat, " zeiden de onderzoekers. "In het geval van sferoïdale sterren, anderzijds, ze zijn bestand tegen verstoringen, zoals de normale sterren die in het heelal bekend zijn."

De onderzoekers verzamelden interessante bevindingen die enig licht zouden kunnen werpen op de dynamiek van bosonische sterren. Misschien nog opmerkelijker, echter, de studie suggereert dat de detectie van roterende ultralichte donkere-materiesterren zou kunnen helpen om de aard van deeltjes waaruit donkere materie bestaat beter te begrijpen, vooral hun draai. In de toekomst, de onderzoekers zijn van plan verder onderzoek te doen gericht op de instabiliteit van draaiende scalaire bosonische sterren, gezien een complexer type deeltje dat met zichzelf kan interageren.

"Deze zelfinteracties worden gesuggereerd door sommige modellen van donkere materie en hoge-energiefysica, " legden de onderzoekers uit. "De vraag die we willen onderzoeken is:kunnen ze de instabiliteit blussen? Bovendien, we willen graag beoordelen of de instabiliteit intrinsiek gerelateerd is aan de morfologie. Dat is, als toroidale sterren altijd onstabiel zijn. Om dit te doen, we analyseren enkele meer gecompliceerde modellen van draaiende vectorsterren die de toroïdale vorm kunnen aannemen om te testen of ze ook onstabiel zijn."

© 2019 Wetenschap X Netwerk