В центре Млечного Пути может скрываться новый тип небесных тел — темные карлики. Эти объекты питаются частицами темной материи и, возможно, помогут раскрыть одну из главных космических тайн.
Около 85% массы Вселенной, по оценкам ученых, приходится на темную материю — невидимую субстанцию, которая не излучает и не поглощает свет. Никто не знает, из чего она состоит, но именно темная материя удерживает галактики от распада и определяет их структуру. Теперь исследователи предлагают новый способ изучить эту силу: найти звезды, которые «питаются» ею изнутри.
Новая гипотеза предполагает существование темных карликов — объектов, получающих энергию от аннигиляции частиц темной материи в их ядрах. Ученые считают, что эти карлики могут существовать практически вечно и излучать слабый, но устойчивый свет.
Темные карлики, по предположениям астрофизиков, возникают из коричневых карликов — субзвездных объектов, чья масса недостаточна для запуска термоядерного синтеза. Они занимают промежуточное положение между крупнейшими планетами и наименьшими звездами: тяжелее Юпитера, но легче Солнца.
В обычных условиях коричневые карлики остаются холодными и тусклыми. Но если они находятся в регионе с высокой концентрацией темной материи — например, в центре галактики, — в их ядрах может начаться накопление частиц, известных как вимпы (WIMPs — weakly interacting massive particles).
Если вимпы действительно составляют темную материю, они могут сталкиваться друг с другом и аннигилировать, выделяя энергию. Так коричневый карлик превращается в темный — объект с новым типом источника энергии, не связанного с термоядерной реакцией.
Представление художника о коричневом карлике. Фото: НАСА
«Эти объекты собирают темную материю, которая помогает им стать темными карликами. Чем больше темной материи находится вокруг, тем больше ее можно уловить. И чем больше темной материи оказывается внутри звезды, тем больше энергии образуется в результате ее аннигиляции», — говорит Джереми Сакштейн, астрофизик из Гавайского университета.
These objects collect the dark matter that helps them become a dark dwarf,» says Jeremy Sakstein, astrophysicist at the University of Hawai’i. The more dark matter you have around, the more you can capture. And, the more dark matter ends up inside the star, the more energy will be produced through its annihilation.»
Тёмные карлики, по расчётам, должны быть примерно в восемь раз легче Солнца, но при этом могут излучать свет, сопоставимый с красными карликами — самыми распространёнными звездами в Галактике. Чтобы отличить их от обычных, астрофизики предлагают искать следы лития-7 — редкого изотопа, который сохраняется в коричневых карликах, но исчезает в настоящих звездах.
Если телескоп зафиксирует объект, похожий на красный карлик, но с высоким содержанием лития-7, это может быть темный карлик — и, возможно, первый в истории след темной материи.
Ключевым инструментом в поиске таких объектов может стать космический телескоп «Джеймс Уэбб» (JSWT). Его чувствительность позволяет фиксировать даже тусклый инфракрасный свет, исходящий от темных тел в глубинах галактики.
Обнаружение темных карликов не даст окончательного ответа на вопрос, что такое темная материя, но поможет уточнить её свойства. Если такие звезды будут найдены, это подтвердит, что тёмная материя состоит либо из вимпов, либо из других массивных частиц, способных аннигилировать и производить энергию.
Если же таких объектов не окажется, это поможет сузить круг кандидатов и отказаться от гипотезы вимпов в пользу других моделей.
Исследование доступно на сервере препринтов arXiv и будет опубликовано в журнале Journal of Cosmology and Astroparticle Physics.
Читать далее:
Вселенная внутри черной дыры: наблюдения «Уэбба» подтверждают странную гипотезу
Испытания ракеты Starship Илона Маска вновь закончились взрывом в небе
Сразу четыре похожих на Землю планеты нашли у ближайшей одиночной звезды
Обложка: ESO/Y. Beletsky • CC BY 4.0