فضا می‌تواند مملو از ستاره‌های بوزونی باشد

سال گذشته، جامعه‌ی نجوم به دستاورد شگفت‌انگیزی رسید. جهان برای اولین‌بار شاهد تصویری واقعی از سایه‌ی یک سیاهچاله بود. این تصویر نتیجه‌ی سال‌ها پژوهش و حاصل همکاری انسان و فناوری بود. این تصویر هم مانند بسیاری از اکتشافات بزرگ، پنجره‌ای جدید به سمت دنیای اکتشافات باز کرد و زمینه‌ساز پرسش‌های دیگری شد. برای هکتور اولیوریس از دانشگاه رادبود هلند این پرسش به وجود آمد: چگونه M87* را یک سیاهچاله می‌دانیم؟ به گفته‌ی اولیوراس:

با اینکه تصویر به‌دست آمده کاملاً منطبق با انتظارات ما از ظاهر سیاهچاله بود، باید درباره‌ی آن به اطمینان برسیم. ستاره‌های بوزونی هم مانند سیاهچاله‌ها در نظریه‌ی نسبیت عام پیش‌بینی شده‌اند و می‌توانند به اندازه‌ی میلیون‌ها جرم خورشیدی رشد کنند و به‌شدت فشرده شوند. اشتراکات ستاره‌های بوزونی با سیاهچاله‌های غول آسا باعث مطرح‌شدن فرضیه‌ی ستاره‌های بوزونی به‌عنوان اجرام سنگین مرکز کهکشان‌ها شد.

درنتیجه‌ی اولیوراس و تیم او در مقاله‌ی جدید به محاسبه‌ی ظاهر ستاره‌های بوزونی از دید تلسکوپ‌ها و تفاوت آن‌ها با تصویر مستقیم سیاهچاله‌ پرداختند. ستاره‌های بوزونی از عجیب‌ترین اجرام فرضی هستند. این ستاره‌ها هیچ شباهتی به ستاره‌های معمولی ندارند. ستاره‌های معمولی از ذرات بنیادی به‌نام فرمیون (پروتون، الکترون، نوترون) تشکیل شده‌اند که بخش زیادی از اجرام موجود در جهان را تشکیل می‌دهند اما ستاره‌های بوزونی کاملا از بوزون تشکیل شده‌اند.

بوزون‌‌ها که ترکیبی از فوتون، گلوئون و ذرات مشهور بوزون هیگز هستند از قوانین فیزیکی فرمیون‌ها تبعیت نمی‌کنند. فرمیون‌ها تابع اصل طرد پاولی هستند. طبق این قانون دو ذره‌ی یکسان نمی‌تواند فضای یکسانی را اشغال کنند. بااین‌حال بوزون‌ها می‌توانند بر یکدیگر منطبق شوند. این ذرات وقتی به یکدیگر می‌رسند مانند ذره‌ای بزرگ یا یک موج ماده رفتار می‌کنند. آزمایش بوزون‌ها قبلا با عنوان چگالش بوز اینشتین انجام شده است.

ذرات بوزون هیگز را می‌توان در فضایی با مقادیر گسسته تعریف کرد. در صورتی که بوزون‌‌ها در آرایشی صحیح قرار بگیرند، یک میدان اسکالر با آرایش نسبتا پایدار به وجود می‌آید. این محاسبات در حد نظریه هستند. بوزون‌های لازم برای تشکیل ساختاری مثل ستاره‌ی بوزونی هنوز رصد نشده‌اند؛ اما اگر بتوان ستاره‌ای بوزونی را شناسایی کرد می‌توان به ساختار بوزون‌ها هم پی برد. به گفته‌ی اولیوراس:

برای تشکیل ساختاری به بزرگی سیاهچاله‌های غول‌ آسا، جرم بوزون باید بسیار اندک باشد. بوزون‌های اسپین صفر با جرم‌های مشابه کوچک در بسیاری از نظریه‌ها و مدل‌های کیهانی ظاهر می‌شوند و به‌عنوان کاندیدای ماده‌‌ی تاریک تحت عناوین مختلفی مثل ماده‌ی تاریک میدان اسکالر، اکسیون‌های فرادرخشان، ماده‌ی تاریک موج کوانتومی شناخته پیشنهاد شدند.

ستاره‌های بوزونی فاقد گداخت هسته‌ای هستند و هیچ پرتویی را منتشر نمی‌کنند. این ستاره‌ها مانند سیاهچاله‌ها اجرامی نامرئی هستند؛ اما برخلاف سیاهچاله‌ها شفاف هستند و نمی‌توانند فوتون‌ها را متوقف کنند. همچنین فاقد افق رویداد هستند. فوتون‌ها می‌توانند از ستاره‌های بوزونی فرار کنند اگرچه جاذبه‌ی این ستاره‌ها می‌تواند کمی مسیر آن‌ها را خم کند.

اما برخی ستاره‌های بوزونی با حلقه‌ی چرخانی از پلاسما احاطه شده‌اند. این حلقه‌ها شباهت زیادی به قرص برافزایشی اطراف سیاهچاله‌ها دارند. اولیوراس و تیم او به شبیه‌سازی تغییرات این حلقه‌ها پرداختند و سپس این تغییرات را با تغییرات سیاهچاله‌ها مقایسه کردند. ستاره‌های بوزونی همچنین دارای منطقه‌ی تاریکی هستند که شباهت زیادی به سایه‌ی سیاهچاله دارد.

طبق یافته‌ها، سایه‌ی ستاره‌ی بوزونی به شکل چشم‌گیری کوچک‌تر از سایه‌ی سیاهچاله‌ای با جرم مشابه است؛ بنابراین حداقل بر اساس مدل‌سازی این گروه نمی‌توان M87* را در گروه ستاره‌های بوزونی قرار داد. به گفته‌ی اولیوراس:

جرم M87* کاملا منطبق با پیش‌بینی‌های مربوط به سایه‌ی سیاهچاله است بنابراین منطقه‌ی تاریک به قدری بزرگ است که نمی‌توان آن را در دسته‌ی ستاره‌های بوزونی غیرچرخان قرار داد.

از طرفی تیم اولیوراس، محدودیت‌ها و قابلیت‌های فنی تلسکوپ ایونت هرایزون برای ثبت تصویر سیاهچاله را هم در نظر گرفتند. آن‌ها می‌توانند نتیجه‌ی خود را با رصدهای آینده‌ی EHT (تلسکوپ ایونت هرایزون) مقایسه کنند تا مطمئن شوند تصویر به دست آمده واقعا متعلق به یک سیاهچاله است. در غیر این صورت نمی‌توان گفت سیاهچاله‌های غول‌آسا واقعا وجود ندارند بلکه می‌توان به این نتیجه رسید که ستاره‌های بوزونی واقعی هستند و مفاهیم گسترده‌ای برای همه چیز از تورم آغاز کیهان تا جستجوی ماده‌ی تاریک خواهند داشت. به‌گفته‌ی اولیوراس:

طبق نتایج، میدان‌‌های اسکالر کیهانی وجود دارند و نقش مهمی در شکل‌گیری ساختارهای جهان ایفا می‌کنند. رشد سیاهچاله‌های غول‌آسا به‌خوبی درک نشده است و حداقل می‌توان گفت برخی کاندیدهای منتسب به سیاهچاله‌ها درواقع ستاره‌های بوزونی هستند. ما باید مکانیزم‌های مختلفی مثل میدان‌های اسکالر را در نظر بگیریم.