Открытие «темного карлика» может открыть дверь к разгадке тайны темной материи

DNVN - Недавно опубликованное исследование показывает, что таинственные «темные карлики» могут предоставить важные подсказки, способствующие прояснению истинной природы темной материи — одной из величайших загадок современной космологии.

Предполагаемый новый класс звёздных объектов, называемых тёмными карликами, может скрываться в центре нашей Галактики. Эти тусклые маломассивные звёзды могут питаться не ядерным синтезом, а аннигиляцией частиц тёмной материи, что может раскрыть неуловимую природу одной из величайших тайн Вселенной. (Изображение художника). Источник: SciTechDaily.

В статье, опубликованной в журнале Journal of Astrophysics and Nuclear Astrophysics, группа исследователей из Великобритании и Гавайев представила концепцию тёмных карликов и описала, как люди могут обнаружить их с помощью существующих инструментов, включая космический телескоп имени Джеймса Уэбба. Название «тёмные карлики» связано не с их изначальной тёмностью, а с их тесной связью с тёмной материей — материей, которая и по сей день остаётся основой астрофизики и космологии.

«Мы полагаем, что 25% Вселенной состоит из материи, которая не излучает свет, что делает её невидимой для невооружённого глаза и телескопов. Мы можем обнаружить её только по её гравитационному воздействию. Именно поэтому мы называем её тёмной материей», — пояснил соавтор исследования, профессор Джереми Сакштейн из Гавайского университета.

Хотя существование тёмной материи подтверждено, и учёные наблюдали за её поведением, её истинная природа остаётся загадкой. За последние 50 лет было выдвинуто множество гипотез, но ни одна из них не была подкреплена убедительными экспериментальными данными. Исследования, подобные этому, направлены на разработку практических методов, позволяющих приблизиться к окончательному ответу.

Среди основных кандидатов на роль тёмной материи — слабо взаимодействующие массивные частицы (WIMP) — частицы с чрезвычайно большой массой, которые очень слабо взаимодействуют с обычной материей. Они проходят сквозь всё практически незамеченными, не излучают свет, не подвержены влиянию электромагнитных сил и, следовательно, не отражают свет и остаются невидимыми. WIMP можно обнаружить только косвенно, по их гравитационному воздействию. Этот тип тёмной материи также необходим для существования тёмных карликов.

Иллюстрация чёрного карлика. Источник: Изображение создано сотрудниками Sissa Medialab с помощью Adobe Illustrator.

«Тёмная материя может взаимодействовать гравитационно, поэтому она захватывается звёздами и накапливается внутри них. При этом она может взаимодействовать сама с собой и аннигилировать, выделяя энергию, нагревающую звезду», — объясняет Сакштейн.

Обычные звёзды, такие как Солнце, светятся благодаря ядерному синтезу в своих ядрах, когда они достаточно массивны, чтобы гравитация сжимала вещество до такой степени, что это запускает реакции между атомными ядрами, высвобождая огромное количество энергии, которую мы видим как свет. Тёмные карлики, с другой стороны, тоже светятся, но не благодаря ядерному синтезу.

«Тёмные карлики очень малы, их масса составляет всего около 8% массы Солнца», — сказал Сакштейн. Столь малых масс недостаточно для начала термоядерных реакций. Поэтому эти объекты, хотя и распространены во Вселенной, обычно испускают лишь слабое свечение, обусловленное энергией, генерируемой их небольшим гравитационным коллапсом, и называются коричневыми карликами.

Однако, находясь в областях, богатых тёмной материей, таких как центр Млечного Пути, коричневые карлики могут трансформироваться в другие формы. «Эти объекты собирают тёмную материю, превращаясь в тёмных карликов», — подчеркнул Закштейн. «Чем больше тёмной материи вокруг них, тем больше её они собирают. И чем больше тёмной материи они накапливают, тем больше энергии они могут генерировать при своей аннигиляции».

Но все эти теории работают только для определённого типа тёмной материи. «Для существования тёмных карликов тёмная материя должна состоять из вимпов (WIMP) или любых массивных частиц, способных взаимодействовать друг с другом, создавая видимую материю», — сказал Сакштейн. Другие теории, такие как теории аксионов, стерильных нейтрино или слабых сверхлёгких частиц, слишком лёгкие, чтобы произвести желаемый эффект. Только массивные частицы, способные взаимодействовать и аннигилировать, превращаясь в видимую энергию, могли бы обеспечить достаточное количество энергии для тёмных карликов.

Но для подтверждения этой гипотезы необходим особый метод идентификации тёмных карликов. Поэтому Сакштейн и его коллеги предлагают сигнатуру: литий-7. Это элемент, который очень быстро сгорает в обычных звёздах и быстро исчезает. «Если вы найдёте объект, похожий на тёмного карлика, можно проверить его на наличие следов лития-7. Если он там всё ещё есть, это не может быть коричневым карликом или чем-то подобным», — объясняет Сакштейн.

Современные приборы, такие как космический телескоп имени Джеймса Уэбба, предположительно способны обнаруживать чрезвычайно холодные объекты, такие как тёмные карлики. Сакштейн предлагает другой подход: «Другой вариант — рассмотреть всю популяцию, а затем статистически определить, следует ли включить дополнительную популяцию тёмных карликов для более точной её характеристики».

Если учёные обнаружат один или несколько тёмных карликов в ближайшие годы, будет ли этого достаточно для подтверждения гипотезы о том, что тёмная материя состоит из вимпов? «Довольно уверенно», — ответил Сакштейн. «С лёгкими кандидатами на тёмную материю, такими как аксионы, я не думаю, что мы найдём что-либо похожее на тёмного карлика. Они не накапливаются внутри звёзд. Если мы найдём тёмные карлики, это будет убедительным доказательством того, что тёмная материя массивна и сильно взаимодействует сама с собой, но лишь слабо со стандартной моделью. Это относится и к вимпам, и к некоторым другим экзотическим моделям».

Однако он также отметил, что открытие темных карликов не обязательно означает, что темная материя — это WIMP, но это может быть WIMP или другая форма материи, которая ведет себя очень похоже на WIMP.

Если эта гипотеза подтвердится, это откроет новые направления исследований и потенциально прольет свет на одну из величайших тайн Вселенной.

Ла Кхе (по данным SciTech Daily)

Источник: https://doanhnghiepvn.vn/cong-nghe/phat-hien-sao-lun-toi-co-the-mo-canh-cua-giai-ma-bi-an-vat-chat-toi/20250905082132203