Twoja wyszukiwarka

JANUSZ OSARCZUK
NOWY SPOSÓB DETEKCJI GWIAZD BOZONOWYCH
Wiedza i Życie nr 7/1999
Artykuł pochodzi z "Wiedzy i Życia" nr 7/1999

Gwiazdy bozonowe narodziły się w umysłach astrofizyków ponad 30 lat temu. Ich ciągle jeszcze hipotetyczne istnienie wynika z teorii opisujących wczesne etapy ewolucji Wszechświata. Możliwe, iż - ukrywając się pod postacią ciemnej materii - stanowią nawet ponad 90% masy całego kosmosu [patrz: Ciemna materia we Wszechświecie, "WiŻ" nr 10/1998]. Trudno więc dziwić się, że astronomowie czynią wysiłki w celu ich wykrycia. Do tej pory opracowano kilka teoretycznych sposobów detekcji gwiazd bozonowych, niestety - jak na razie - nieskutecznych. W ostatnich miesiącach powstał nowy pomysł poszukiwania ich przy wykorzystaniu zjawiska soczewkowania grawitacyjnego. Autorami tej idei są: Mariusz Dąbrowski, pracujący na Uniwersytecie Szczecińskim, i Franz Schunck z Universitaet zu Koeln.

Gwiazdy bozonowe złożone są z bozonów, czyli cząstek charakteryzujących się spinem (spinowym momentem pędu) opisywanym liczbą całkowitą (wszystkie pozostałe cząstki we Wszechświecie to fermiony, które mają spin połówkowy). W bardzo niskich temperaturach bozony znajdują się w tym samym stanie kwantowym i są nierozróżnialne (zlewają się w "kroplę bozonową", czyli tzw. kondensat Bosego-Einsteina; patrz: Czy neutrino ma masę?, "WiŻ" nr 1/1996 i Igraszki z atomami, "WiŻ" nr 1/1998). W przestrzeni kosmicznej takie krople mogą przybierać duże rozmiary od 1.9x10218 m (10 000 razy mniej niż promień atomu) do 100 lat świetlnych (25 razy więcej niż odległość do najbliższej gwiazdy), którym odpowiadają masy od 2.9x10221 Mo (1.5 mln ton) do 1015Mo (10 000 razy więcej niż masa naszej Galaktyki). Składające się na taki obiekt bozony oddziałują ze sobą i ze zwykłą materią wyłącznie poprzez siły grawitacyjne. Gwiazda bozonowa jest więc... praktycznie przezroczysta dla światła!

Krople bozonowe mają niewiarygodnie wysoką gęstość, co powoduje, że do ich opisu trzeba używać równań ogólnej teorii względności. Jak wszystkie ciała wytwarzające silne pole grawitacyjne, tak i one zakrzywiają promienie świetlne przebiegające w ich pobliżu (lub wręcz przez nie). Czynią to jednak w wysoce charakterystyczny sposób, zupełnie inaczej niż inne obiekty zwarte (można powiedzieć, że bozonowe soczewki grawitacyjne są wyszlifowane inaczej niż soczewki grawitacyjne zbudowane ze zwykłej materii). Przewidywane przez teorię własności soczewkowania grawitacyjnego dają zatem możliwość pośredniej detekcji gwiazd bozonowych. W przypadku soczewkowania przez gwiazdę bozonową o masie 1010 Mo teoria przewiduje następujące efekty:

  1. kąty odchylenia promieni świetlnych są bardzo duże (sięgają 23°);
  2. nie ma sfery fotonowej, czyli kołowych orbit fotonów (które pojawiają się w pobliżu czarnej dziury);
  3. żaden foton nie może "spaść" na gwiazdę ani zostać przez nią schwytany;
  4. zwykle powstają trzy obrazy źródła: jeden na zewnątrz pierścienia zwanego pierścieniem Einsteina i dwa w jego wnętrzu (pierścień Einsteina powstaje wtedy, gdy źródło, soczewka i obserwator leżą na jednej prostej);
  5. wszystkie obrazy (w tym także pierścień Einsteina) tworzą się wewnątrz gwiazdy.

Jak widać, bozonowa soczewka grawitacyjna zostawia na odkształcanych przez siebie promieniach świetlnych bardzo charakterystyczne "linie papilarne". Miejmy nadzieję, że uda nam się je odnaleźć. Łowy na gwiazdy bozonowe są bardzo interesujące z innego jeszcze względu: obiekty te są zbudowane z cząstek, których istnienie przewidują teorie unifikacji oddziaływań elementarnych, lecz których istnienia nie udało się do tej pory potwierdzić doświadczalnie.

O podobnych zagadnieniach przeczytasz w artykułach:
(10/98) Ciemna materia we Wszechświecie
(01/96) Czy neutrino ma masę?
(01/98) Igraszki z atomami