引力波探测到的“最重黑洞碰撞”可能是玻色子星合并

两颗玻色子恒星的碰撞

两个玻色子恒星碰撞的艺术表现,连同发射的引力波。资料来源:Nicolás Sanchis-Gual和Rocío García-Souto

由加利西亚高能物理研究所和阿威罗大学领导的国际科学家团队,包括一名香港中文大学物理系的本科生,提出了两个被称为玻色子恒星的奇异致密物体的碰撞,作为GW190521引力波信号起源的另一种解释。这些假想的恒星是最简单的奇异致密天体之一,它们构成了有充分依据的暗物质候选者。在这种解释下,研究小组能够估算出构成这些恒星的新粒子的质量,这是一种质量比电子小数十亿倍的超轻玻色子。他们的分析已经发表在该杂志上物理评论信2021年2月24日。

研究小组由香港中文大学物理系前教授Juan Calderón Bustillo博士和Nicolás Sanchis-Gual博士共同领导,Juan Calderón Bustillo博士现为加利西亚高能物理研究所“La Caixa Junior Leader - Marie Curie Fellow”,阿威罗大学(University of Aveiro)和the Instituto Superior Técnico (University of Lisbon)博士后研究员。其他合作者来自巴伦西亚大学、阿威罗大学和莫纳什大学。香港中文大学二年级学生梁显伟(Samson Hin Wai Leong)也参与其中。

引力波是时空结构中的涟漪,以光速传播。在爱因斯坦的广义相对论中预言,它们起源于宇宙中最剧烈的事件,携带着关于它们来源的信息。2015年以来,激光干涉仪引力波观测台先进探测器(LIGO)和室女座已经观测到大约50个引力波信号,它们源于宇宙中最神秘的两个实体——黑洞和中子星的合并和合并。

2020年9月,LVC,Ligo科学协作的联合身体和处女座协作,宣布了重力波信号GW190521的检测。根据LVC分析,其中由Tjonnie Li教授领导的CUHK集团,CUHK物理系的副教授深入涉及,信号与两个黑洞的碰撞一致,其中85和66倍的质量太阳,它制作了最终的142太阳能质量黑洞.后者是有史以来发现新的黑洞家庭 - 中间质量黑洞的第一部成员。根据Tjonnie Li教授的说法,这种发现是至关重要的,因为这种黑洞很长一直被认为是从星星崩溃的恒星 - 质量黑洞之间的缺失的联系,以及隐藏在几乎的中心的超级分配黑洞每个星系。

尽管GW190521的观测意义重大,但它对目前对恒星演化的理解提出了巨大挑战,因为合并后的黑洞中有一个具有“禁止”大小。该团队提出的另一种解释为研究带来了新的方向。Nicolás Sanchis-Gual博士解释说:“玻色子恒星几乎和黑洞一样致密,但不像它们,它们没有‘不返回’表面或视界。当它们碰撞时,会形成玻色子恒星,玻色子恒星会变得不稳定,最终塌缩成黑洞,并产生与LVC去年观测到的信号一致的信号。常规恒星由我们通常所知的物质构成,而玻色子恒星则不同,它是由超轻玻色子构成的。这些玻色子是构成暗物质的最有吸引力的候选者之一,暗物质占宇宙的27%。”

该团队将GW190521的信号与博索斯星兼并的计算机模拟进行了比较,发现这些实际上略微解释了数据,而不是LVC进行的分析。结果意味着源将具有比前面所述的不同的属性。JuanCalderónBustillo博士说:“首先,我们不会谈论碰撞黑洞了,这消除了处理禁止的黑洞的问题。其次,因为玻色子明星兼并较弱,我们推断比LVC估计的距离更近。这导致最终黑洞的质量大约250个太阳能肿块,因此我们目睹了中间质量黑洞的形成的事实仍然是正确的。“

来自瓦伦西亚大学和其中一位共同作者的托尼字体教授解释说,即使分析往往有利于“通过设计”的合并黑洞假设,玻色子明星合并实际上是稍微优选的数据,虽然一个不集结的方式。尽管目前的玻色子仿真的计算框架仍然相当有限,但受重大改进,但该团队将进一步发展更进一步的模型,并在玻色子明星合并假设下研究类似的引力波观察。

据另一位合作者称,来自阿威罗大学的Carlos Herdeiro教授,该发现不仅涉及玻色子星的第一次观察,还涉及其构建块,一种称为超轻玻色子的新粒子。已经提出了这种超光磁杆作为我们所知道的暗物质所知的成分。此外,该团队实际上可以测量这个推定的新的暗物质粒子的质量,并且归零的价值高度置信。如果通过随后的GW190521和其他引力波观察分析确认,结果将为长寻求的暗物质候选者提供第一观察证据。

加入夏季本科研究实习生的学生Samson Hin Wai Leong添加了Cuhk,“我与CalderónBustillo教授的设计设计了这个项目的软件的设计,这成功加速了该研究的计算,最终是我们能够在LVC发布分析后立即发布我们的结果。与多元文化团队的物理前沿工作是令人兴奋的,并考虑在Spacetime中寻求“较深”的涟漪起源,同时证明了暗物质粒子的存在。“

参考:“GW190521作为Proca Stars的合并:一个8.7×10的潜在新的矢量玻色子-13  eV” by Juan Calderón Bustillo, Nicolas Sanchis-Gual, Alejandro Torres-Forné, José A. Font, Avi Vajpeyi, Rory Smith, Carlos Herdeiro, Eugen Radu and Samson H. W. Leong, 24 February 2021,物理评论信
DOI:10.1103 / physrevlett.126.081101

2评论在引力波检测到的“最重的黑洞碰撞”上可能实际上是玻色子明星合并“

  1. 挥霍暗物质恒星的假设具有关于解释其分析中的引力波形的相同可能性。

    但是,与冷暗物质相比,这种相互作用的温度暗物质假设显着不受欢迎。

  2. The signal of a gravitational waves is so incredibly tiny I don’t see how we can trust the accuracy of their measurements outside a reasonable margin of error.. I remember the earliest of gravitational waves detections being ruled as false positives long after they were announced.. No mirror is 100% accurate when we’re talking about such incredibly tiny scales.. I’m not saying LIGO isn’t worth doing, but all the things that need to be absolutely perfect to make this work is beyond amazing.. Perfect vacuums, perfect mirrors and perfect optics? They claim their level of accuracy is smaller than the width of a human hair at a distance of 25 trillion miles..

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