Пошуки темної матерії можуть відкрити новий тип зірок

Згідно з новим дослідженням, темні карлики можуть ховатися в космосі. Ці гіпотетичні, фактично вічні тіла живитимуться від знищення темної матерії, і хоча вони тьмяні, існує спосіб їх виявити. Очікується, що темна матерія пронизує Всесвіт, але оскільки вона… ну, темна, її важко знайти. Вона не відбиває і не випромінює світло – її існування можна лише припустити через її взаємодію зі звичайною матерією через гравітацію. Незважаючи на десятиліття пошуків, прямих доказів її існування не знайдено. Тепер астрофізики з Великої Британії та США пропонують нове місце, де ми можемо знаходити темну матерію – вона ховається в серцях коричневих карликів.

Більші за планети-гіганти, але менші за зірки, ці субзоряні об’єкти ніколи не набирають достатньо маси, щоб запустити процес ядерного синтезу, який живить зірки. Натомість вони ширяють у космосі як великі, тьмяні, холодні світи. Але в деяких випадках, як припускає нове дослідження, коричневі карлики можуть трансформуватися в щось більш цікаве. В областях з вищою щільністю темної матерії дивна речовина може накопичуватися в ядрі коричневого карлика. І якщо це певний тип темної матерії, частинки можуть взаємодіяти одна з одною, виробляючи енергію, яка живить коричневого карлика.

Команда називає ці теоретичні тіла «темними карликами».

«Ці об’єкти збирають темну матерію, яка допомагає їм стати темними карликами», — каже Джеремі Сакштейн, астрофізик з Гавайського університету. «Чим більше темної матерії навколо, тим більше ви можете її захопити. І чим більше темної матерії опиниться всередині зірки, тим більше енергії буде вироблено в результаті її знищення».

Гіпотеза настільки сильна, наскільки її можна перевірити, і дослідники включають спосіб, за допомогою якого астрономи можуть перевірити існування темних карликів: пошук літію-7. Цей конкретний ізотоп швидко згорає всередині зірок через їхнє інтенсивне нагрівання. Але в холодніших об’єктах, таких як коричневі карлики, літій-7 може залишатися. Астрономи вже використовують присутність літію-7 як сигнал для підтвердження того, що об’єкт є коричневим карликом.

Однак, якщо додаткова енергія від анігіляції темної матерії живить коричневого карлика, він може здаватися більшим і яскравішим навіть за червоних карликів такої ж маси. Тож, якщо ви знайдете щось, що схоже на червоного карлика, але має літій-7, можливо, у вас просто чорний карлик – і підтвердження наявності темної матерії.

Звичайно, існує багато варіантів, якщо. По-перше, темна матерія повинна існувати в певній теоретичній формі, що складається зі слабо взаємодіючих масивних частинок (ВІМП). ВІМПи, один з головних кандидатів, майже не взаємодіятимуть зі звичайною матерією, окрім її гравітаційного впливу, але взаємодіятимуть самі з собою. ВИМПи були б своїми власними античастинками, тобто якщо два з них торкнуться, вони анігілюють один одного у вибуху енергії. Коли їх щільно втиснути в обмежений простір – наприклад, у ядро ​​коричневого карлика – енергія, що вивільняється від усіх цих зіткнень, живитиме об’єкт. Звичайно, не до розмірів зірки, але більше, ніж звичайний коричневий карлик.

Оскільки цей процес забезпечує їм постійний розмір, температуру та яскравість, темні карлики були б фактично вічними, стверджує команда. Однак, якщо темна матерія набуде іншої форми, як-от аксіони чи темні фотони, ззовні неможливо буде сказати, що вона накопичується всередині коричневих карликів. Це якщо темна матерія взагалі існує – завжди є ймовірність, що ефекти, які ми їй приписуємо, спричинені якоюсь іншою невідомою фізикою.

Тим не менш, важливо висунути різні ідеї щодо того, що може бути темною матерією та як ми можемо її виявити. Різні обсерваторії та експерименти можуть шукати різні потенційні сигнатури темної матерії, що дозволяє нам досліджувати широкий спектр можливостей одночасно. У цьому випадку, за словами дослідників, найкращим місцем для пошуку сигнатур темних карликів було б ближче до центру нашої галактики, де темна матерія збирається найщільніше. Дослідження доступне на препринт-сервері arXiv і буде опубліковано в журналі «Journal of Cosmology and Astroparticle Physics».