Нейтронные звезды помогут обнаружить темную материю

Стремление раскрыть природу темной материи одна из величайших задач современной науки. Ключ к окончательному пониманию этой загадки могут дать звезды. Существует один особый тип космических светил, который поможет разгадать природу темной материи нейтронные звезды.

Ученые знают о существовании темной материи благодаря расчетам и ее заметном влиянии на галактики, но напрямую она никогда не наблюдалась, так как невидима в любом спектре. Обнаружение темной материи в экспериментах на Земле невероятно сложная задача, потому что взаимодействия ее частиц с обычной материей чрезвычайно редки.

Гамма-лучи нейтронной звезды
Иллюстрация, показывающая гамма-лучи нейтронной звезды. Источник: NASA

Для поиска этих сигналов нужен гигантский детектор возможно, настолько большой, что построить его на Земле окажется невыполнимой задачей. Однако Вселенная предоставляет альтернативный вариант в виде нейтронных звезд они могут выступать в качестве детекторов темной материи. В исследовании, опубликованном в Physical Review Letters, ученые поведали о принципе поиска темной материи при помощи этих уникальных детекторов.

Нейтронные звезды самые плотные во Вселенной. Они появляются в результате смерти сверхгигантов после взрыва сверхновых. После него остается голое ядро, в котором гравитация сжимает материю настолько сильно, что протоны и электроны объединяются, образуя нейтроны. При массе, сравнимой с Солнцем, ее размеры составляют в радиусе всего 10-20 км одна чайная ложка вещества нейтронной звезды весит около миллиарда тонн!

Нейтронные звезды – анимация
Нейтронные звезды достаточно плотны, чтобы захватывать темную материю. Картина: анимация нейтронной звезды, вращающейся в космосе. Источник: Лаборатория концептуальных изображений Центра космических полетов имени Годдарда NASA

Эти звезды являются «космическими лабораториями», позволяющими нам изучать, каким образом темная материя ведет себя в экстремальных условиях, которые невозможно воспроизвести на Земле. Темная материя очень слабо взаимодействует с обычной материей. Например, она может пройти через стену свинца толщиной около 10 триллионов километров, и ее это не остановит. Остановить ее сможет только очень-очень плотный объект, например, нейтронная звезда.

Теоретически частицы темной материи столкнутся с нейтронами в звезде, потеряют энергию и окажутся в «гравитационной ловушке». Со временем они будут накапливаться в ядре. Ожидается, что это приведет к нагреву старых, холодных нейтронных звезд до уровня, который может быть недосягаем для будущих наблюдений. В крайних случаях накопление темной материи вызовет коллапс звезды в черную дыру. Это означает, что нейтронные звезды могут позволить нам исследовать определенные типы темной материи, которые было бы трудно или невозможно наблюдать в экспериментах на Земле.

По материалам SciTechDaily