Ученые Испании и Португалии разработали теоретическую модель и обнаружили с помощью нее новые виды бозонных звезд — гипотетических объектов, которые состоят не из фермионов, как обычные звезды, а бозонов. Такие звезды могут иметь форму бублика, однако быстро распадаются из-за внешних возмущений. Об этом сообщается в пресс-релизе на Phys.org.
Бозоны — частицы, которые могут находиться в одном и том же квантовом состоянии. Это отличает их от фермионов (например, электронов), в отношении которых действует принцип запрета Паули. Из фермионов обычно состоит материя, а некоторые бозоны, например фотоны, являются переносчиками взаимодействия. В то же время считается, что темная материя может состоять из ультралегких частиц, которые также являются бозонами.
Свойство бозонов находиться в одном и том же состоянии гипотетически способно приводить к появлению макроскопических объектов и даже экзотических звезд. В новой работе астрофизики выяснили, могут ли быть стабильными вращающиеся бозонные звезды. Для этого они использовали численную модель с учетом общей теории относительности Эйнштейна.
Исследователи рассмотрели два сценария. В первом большое облако бозонной материи коллапсирует, чтобы сформировать вращающуюся звезду. Во втором сценарии ученые проверили, устойчива ли к возмущениям уже появившаяся бозонная звезда или нет. Вращающиеся бозонные звезды могут относиться к одному из двух типов. Скалярные звезды сформированы частицами с нулевым спином, а векторные — частицами со спином 1.
Ученые выяснили, что скалярные звезды имеют форму тора, а векторные остаются шаровидными, но сплюснуты у полюсов. При этом тороидальные звезды неустойчивы к возмущениям и распадаются на части с возможным образованием черной дыры. Сфероидальные устойчивы, как и нормальные звезды.
В будущем физики планируют выяснить, всегда ли скалярные звезды нестабильны или это зависит от свойств частиц темной материи, из которых они состоят.