Відкриття «темного карлика» може розгадати таємницю темної матерії

DNVN - Нещодавно опубліковане дослідження показує, що таємничі «темні карлики» можуть дати важливі підказки, сприяючи з'ясуванню справжньої природи темної матерії – однієї з найбільших загадок сучасної космології.

Запропонований новий клас зоряних об'єктів, які називаються темними карликами, може ховатися в центрі нашої галактики. Ці слабкі зірки з малою масою можуть живитися не ядерним синтезом, а анігіляцією частинок темної матерії, що може розкрити невловиму природу однієї з найбільших загадок Всесвіту. (Концепція художника). Джерело: SciTechDaily.

Опублікована в журналі «Journal of Astrophysics and Nuclear Astrophysics» стаття команди дослідників з Великої Британії та Гаваїв представила концепцію темних карликів та описала, як люди можуть їх виявляти за допомогою існуючих інструментів, зокрема космічного телескопа Джеймса Вебба. Назва «темні карлики» походить не від того, що вони за своєю суттю темні, а від того, що вони тісно пов'язані з темною матерією – матерією, яка залишається в центрі астрофізики та космології й сьогодні.

«Ми вважаємо, що 25% Всесвіту складається з типу матерії, яка не випромінює світло, що робить її невидимою неозброєним оком і для телескопів. Ми можемо виявити її лише завдяки гравітаційному впливу. Ось чому ми називаємо її темною матерією», – пояснив співавтор дослідження, професор Джеремі Сакштейн з Гавайського університету.

Хоча існування темної матерії було підтверджено, а вчені спостерігали за її поведінкою, її справжня природа залишається загадкою. Протягом останніх 50 років було запропоновано багато гіпотез, але жодна з них не була підтверджена переконливими експериментальними даними. Дослідження, подібні до цього, мають на меті надати практичні методи, щоб наблизитися до остаточної відповіді.

Серед провідних кандидатів на темну матерію є слабо взаємодіючі масивні частинки (WIMP) – частинки з надзвичайно великими масами, які дуже слабо взаємодіють зі звичайною матерією. Вони проходять крізь усе майже непомітно, не випромінюють світло, не зазнають впливу електромагнітних сил, а отже, не відбивають світло та залишаються невидимими. WIMP можна виявити лише опосередковано через їхній гравітаційний вплив. Це також тип темної матерії, необхідний для існування темних карликів.

Ілюстрація чорного карлика. Джерело: Зображення створено співробітниками Sissa Medialab за допомогою Adobe Illustrator.

«Темна матерія може гравітаційно взаємодіяти, тому вона потрапляє в пастку зірками та накопичується всередині них. Коли це трапляється, вона може взаємодіяти сама з собою та анігілювати, вивільняючи енергію, яка нагріває зірку», – пояснює Сакштейн.

Звичайні зірки, такі як Сонце, світять завдяки ядерному синтезу в своїх ядрах, коли вони достатньо масивні, щоб гравітація стискала матерію до точки, де це запускає реакції між атомними ядрами, вивільняючи величезну кількість енергії, яку ми бачимо як світло. Темні карлики, з іншого боку, також світять, але не завдяки ядерному синтезу.

«Темні карлики дуже малі, лише близько 8 відсотків маси Сонця», – сказав Сакштейн. Таких низьких мас недостатньо для початку реакцій синтезу. Тому ці об’єкти, хоча й поширені у Всесвіті, зазвичай випромінюють лише слабке світіння від енергії, що генерується їхнім невеликим гравітаційним колапсом, і називаються коричневими карликами.

Однак, коли вони існують в регіонах, багатих на темну матерію, таких як центр Чумацького Шляху, коричневі карлики можуть трансформуватися в інші форми. «Ці об'єкти накопичують темну матерію, роблячи їх темними карликами», – наголосив Сакштейн. «Чим більше темної матерії навколо них, тим більше вони її накопичують. І чим більше темної матерії вони накопичують, тим більше енергії вони можуть генерувати в результаті свого знищення».

Але всі ці теорії працюють лише для певного типу темної матерії. «Для існування темних карликів темна матерія повинна складатися з вімпів або будь-яких масивних частинок, які можуть взаємодіяти самі з собою, створюючи видиму матерію», — сказав Сакштейн. Інші теорії, такі як аксіони, стерильні нейтрино або слабкі надлегкі частинки, занадто легкі, щоб створити бажаний ефект. Тільки масивні частинки, які можуть взаємодіяти та анігілювати у видиму енергію, забезпечили б достатньо енергії для темних карликів.

Але щоб ця гіпотеза була обґрунтованою, потрібен специфічний метод ідентифікації темних карликів. Тож Сакштейн та його колеги пропонують особливу ознаку: літій-7. Це елемент, який дуже швидко згорає у звичайних зірках і швидко зникає. «Якщо ви знайдете об'єкт, схожий на темного карлика, ви можете перевірити наявність слідів літію-7. Якщо він все ще там, це не може бути коричневий карлик чи щось подібне», – пояснює Сакштейн.

Вважається, що сучасні інструменти, такі як космічний телескоп імені Джеймса Вебба, здатні виявляти надзвичайно холодні об'єкти, такі як темні карлики. Сакштейн пропонує інший підхід: «Інший варіант — розглянути всю популяцію, а потім статистично запитати, чи слід включити додаткову популяцію темних карликів, щоб краще її охарактеризувати».

Якщо вчені визначать одного або кількох темних карликів у найближчі роки, чи буде цього достатньо, щоб підтвердити гіпотезу про те, що темна матерія складається з вимпів? «Досить сильно», – відповів Сакштейн. «З легкими кандидатами в темну матерію, такими як аксіони, я не думаю, що ми знайдемо щось, що схоже на темного карлика. Вони не накопичуються всередині зірок. Якщо ми знайдемо темних карликів, це буде вагомим доказом того, що темна матерія масивна та сильно взаємодіє сама з собою, але лише слабо зі стандартною моделлю. Це включає вимпів та деякі інші екзотичні моделі».

Однак, він також зазначив, що відкриття темних карликів не обов'язково означає, що темна матерія є вимпом, але це може бути вимп або інша форма матерії, яка поводиться дуже схоже на вимпа.

Якщо ця гіпотеза підтвердиться, це відкриє нові напрямки досліджень, потенційно проливаючи світло на одну з найбільших таємниць Всесвіту.

Ла Кхе (за даними SciTech Daily)

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