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.
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!
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
