Нейтронні зорі допоможуть виявити темну матерію

Розкриття природи темної матерії одне з найбільших завдань сучасної науки. Ключ до остаточного розуміння цієї загадки цілком може бути у зорях. Існує один особливий тип космічних світил, який допоможе пізнати таємничу природу цієї субстанції нейтронні зорі.

Вчені знають про існування темної матерії завдяки розрахункам та помітному її впливу на галактики. Але безпосередньо вона ніколи не спостерігалася, оскільки невидима у будь-якому спектрі. Виявлення темної матерії в експериментах на Землі неймовірно складне завдання, бо взаємодія її частинок зі звичайною речовиною є дуже рідкісним явищем.

Гамма-промені нейтронної зірки
Ілюстрація, що показує гамма-промені нейтронної зорі. Джерело: NASA

Для пошуку цих сигналів потрібен гігантський детектор — можливо, настільки великий, що побудувати його на Землі нереально. Однак Всесвіт надає альтернативний варіант нейтронні зорі, які також можна задіяти для реєстрації темної матерії. У дослідженні, опублікованому в Physical Review Letters, вчені розповіли про принцип пошуку темної матерії за допомогою цих унікальних детекторів.

Нейтронні зорі мають найбільшу густину у Всесвіті. Вони з’являються внаслідок смерті надгігантів після вибуху наднових. У результаті залишається «голе» ядро, в якому гравітація стискає матерію настільки сильно, що протони та електрони об’єднуються, утворюючи нейтрони. За маси, що ненабагато перевищує сонячну, її розміри становлять лише 10-20 км одна чайна ложка речовини нейтронної зорі важить майже мільярд тонн!

Нейтронні зірки - анімація
Нейтронні зорі мають достатньо велику густину, щоб захоплювати темну матерію. На представленій анімації зображено нейтронну зорю, що обертається в космосі. Джерело: Лабораторія концептуальних зображень Центру космічних польотів імені Годдарда NASA

Ці зорі є «космічними лабораторіями», що дозволяють вивчати поведінку темної матерії в екстремальних умовах, які неможливо відтворити на Землі. Ця матерія дуже слабо взаємодіє зі звичайною. Наприклад, вона може пройти крізь стіну свинцю завтовшки майже 10 трильйонів кілометрів, і це її не зупинить. Але це може зробити дуже щільний об’єкт — наприклад, нейтронна зоря.

Теоретично частинки темної матерії зіткнуться з нейтронами в зорі, втратять енергію й опиняться у «гравітаційній пастці». Поступово вони накопичуватимуться в ядрі. Очікується, що це призведе до нагрівання старих холодних нейтронних зір до рівня, який може бути недосяжним для майбутніх спостережень. У крайніх випадках накопичення темної матерії може спричинити колапс зорі у чорну діру. Це означає, що нейтронні зорі можуть дозволити нам досліджувати певні типи темної матерії, які важко чи неможливо спостерігати в експериментах на Землі.

За матеріалами SciTechDaily