Нейтронные звезды приоткроют тайну темной материи

Астрономы собрали огромное количество доказательств в поддержку существования темной материи, несмотря на то, что не могут обнаружить ее напрямую. Ключ лежит в наблюдении за ее воздействием на видимые объекты вокруг нее. Например, исследователи могут видеть, что звезды вращаются внутри галактик быстрее, чем следовало бы. Галактики движутся внутри скоплений намного быстрее, чем следовало бы. Свет из ранней Вселенной обладает уникальным отпечатком, который невозможно получить из обычной материи, заполняющей космос. Все эти свидетельства свидетельствуют о том, что подавляющее большинство материи во Вселенной имеет неизвестную, невидимую форму, которая не взаимодействует со светом.

Но помимо этого, темная материя остается загадкой. Это может быть новый вид частиц, вроде призрачной версии электрона. Это может быть совокупность волн, которые распространяются по всему космосу. Это может быть даже бесчисленное количество крошечных черных дыр, образовавшихся в огне Большого взрыва.

Но что бы это ни было на самом деле, темная материя обладает гравитацией, и поэтому она естественным образом скапливается в областях с сильной гравитацией. Области с самой сильной гравитацией во Вселенной - это черные дыры, но поскольку они ничего не выпускают обратно, они бесполезны при изучении темной материи.

Следующая по силе гравитационная среда - это остатки мертвых звезд, особенно нейтронных звезд. Нейтронные звезды в сто триллионов раз плотнее Земли и обладают достаточно сильной гравитацией, чтобы заставить свет вращаться вокруг них по кругу. Поэтому они являются отличными лабораториями для изучения темной материи, поскольку, согласно исследованию, которое планируется опубликовать в журнале Physics Reports, в них, вероятно, самая высокая концентрация загадочного вещества во Вселенной (исследование еще не прошло рецензирование).

В новом исследовании изучили, как темная материя может оказывать различные эффекты глубоко внутри нейтронных звезд и как она может взаимодействовать с обычной материей.

Например, частицы темной материи могут время от времени взаимодействовать друг с другом, вызывая их аннигиляцию и высвобождая крошечное количество энергии. Это случается очень редко, но при высокой концентрации темной материи внутри нейтронных звезд она может выделять достаточно тепла, чтобы изменить внутреннюю динамику этих мертвых звезд.

Само накопление темной материи может разогреть нейтронные звезды, если на своем пути они столкнутся с частицами обычной материи. В самых экстремальных ситуациях частица темной энергии может выделять как раз нужное количество энергии, чтобы вызвать "сверхвзрыв" внутри нейтронной звезды, запуская безудержную ядерную цепную реакцию, которая детонирует во всей звезде, уничтожая ее.

Даже без взаимодействия темная материя может вызвать хаос. Если она накапливается в ядре, это увеличивает общую массу нейтронной звезды. Если масса станет слишком большой, ядро звезды может взорваться в черную дыру, поглотив при этом остальную часть звезды.

Исследователи указали на несколько способов выяснить, как темная материя может влиять на нейтронные звезды. Накопление и аннигиляция частиц темной материи изменит естественное охлаждение, с которым нейтронные звезды сталкиваются в течение своей долгой жизни, и поэтому, если мы измерим температуру нейтронных звезд достаточно точно, мы сможем обнаружить влияние темной материи.

Наконец, поскольку частицы темной материи изменяют внутреннюю динамику и распределение массы внутри нейтронной звезды, достаточное количество темной материи может изменить скорость вращения нейтронной звезды и то, что происходит, когда они "глючат" (явление, при котором нейтронные звезды внезапно меняют скорость своего вращения). Подробные наблюдения вращающихся нейтронных звезд, такие как временные матрицы пульсаров, используемые для исследований гравитационных волн, могут быть использованы, чтобы дать нам ценную информацию о том, что происходит в их потенциально темных сердцах.