Ученые предложили использовать нейтронные звезды в качестве детекторов темной материи
Чрезвычайно плотные звезды помогут там, где не справляются детекторы на Земле
До сих пор ученые могли сделать вывод о существовании темной материи, но не наблюдали ее напрямую. На самом деле обнаружение частиц темной материи в экспериментах на Земле — сложная задача, потому что взаимодействия частиц темной материи с обычной материей чрезвычайно редки.
Для поиска этих невероятно редких сигналов нам нужен очень большой детектор — возможно, настолько большой, что его будет невозможно построить на Земле. Однако космос предоставляет альтернативный вариант в виде нейтронных звезд. По мнению астрономов, одна такая звезда может выступать в качестве детектора темной материи.
В исследовании, опубликованном в Physical Review Letters, ученые определили, как гораздо более точно использовать информацию, полученную с помощью изучения звезд, для своих целей.
Нейтронные звезды — это самые плотные звезды, которые, как известно, существуют и образуются, когда «обычные» гигантские звезды умирают в результате взрыва сверхновых. В результате остается сжатое ядро, в котором гравитация сжимает материю так сильно, что протоны и электроны объединяются, образуя нейтроны. При массе, сравнимой с массой Солнца (до сжатого до сферы с радиусом всего в 10 км), одна чайная ложка вещества нейтронной звезды имеет массу около миллиарда тонн!
Эти звезды являются «космическими лабораториями», позволяющими нам изучать, как темная материя ведет себя в экстремальных условиях, которые невозможно воспроизвести на Земле.
Как мы уже говорили, темная материя очень слабо взаимодействует с обычной материей. Например, он может пройти через толщу свинца в один световой год (около 10 триллионов километров), не останавливаясь. Однако нейтронные звезды настолько плотны, что могут улавливать все частицы темной материи, которые проходят через них.
Теоретически, если частицы темной материи столкнутся с нейтронами в звезде, то потеряют энергию и окажутся в гравитационной ловушке. Со временем частицы темной материи будут накапливаться в ядре звезды. 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 может вызвать 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.
Важнейшей задачей при использовании нейтронных звезд для обнаружения темной материи является обеспечение того, чтобы расчеты, используемые учеными, полностью учитывали уникальное окружение звезды. Хотя захват темной материи нейтронными звездами изучается на протяжении десятилетий, существующие расчеты упускают из виду важные физические эффекты.
В конечном итоге доказательства (или отсутствие доказательств) накопления темной материи в звездах дадут ценные подсказки о том, где нацелить экспериментальные усилия на Земле, помогая раскрыть тайну темной материи.
