Если темная материя состоит из тяжелых частиц, то она должна взаимодействовать с объектами, недостаточно тяжелыми для образования настоящих звезд. В результате такие объекты станут светящимися «темными звездами», утверждают авторы нового исследования.
Современная наука сталкивается с кризисом в понимании темной материи, которая во Вселенной преобладает над обычной в несколько раз. Длительное время считалось, что она состоит из вимпов — массивных частиц, взаимодействующих с обычными только посредством гравитации.
Многие физики считали эту гипотезу логичной, но её проблемой стало полное отсутствие наблюдательных подтверждений со стороны астрономов, несмотря на многолетние поиски. На ускорителях частиц тоже не удалось обнаружить признаков вимпов. Что еще хуже, столкновения скоплений галактик (например,… скоплении ПуляЭксперимент продемонстрировал почти полное отсутствие взаимодействия частиц темной материи друг с другом при столкновениях. Такая особенность крайне сложна для объяснения с точки зрения физики, что вызывает сомнения в самой концепции.
Из этого кризиса просматриваются два основных пути выхода. Сторонники первого, например русский физик Николай Горькавый, … пришли В этом подходе темная материя — плотные шаровые скопления черных дыр в галактических гало.
Существует альтернативное мнение: вимпы реальны, однако для их обнаружения требуются революционные подходы. Ученые из Америки и Британии опубликовали статью с подобным предложением. доступен На сервере препринтов Университета Корнелла, публикация произойдет в скором времени. Journal of Cosmology and Astroparticle PhysicsИзучив эффект, который должны оказывать вимпы на коричневые карлики, учёные обнаружили, что в зонах высокой плотности темной материи при этом должны появляться темные карлики.
Авторы исследования назвали объект коричневым карликом – тел массой от 0,013 до 0,075 солнечных масс – но с особенностью: тела «питаются» энергией аннигиляции вимпов, частиц темной материи. Аннигиляция должна происходить не реже, чем между частицами обычной материи, при этом неизбежно выделяется энергия. В обычных условиях ее немного, поэтому заметного влияния на тела в Солнечной системе она не оказывает. В рамках гипотезы о вимпах они должны скапливаться там, где плотность обычной материи наибольшая – в центрах галактик.
По расчетам авторов, концентрация вимпов в центре Галактики такова, что тела с массой коричневых карликов и чуть ниже могут заметно подогреваться аннигиляцией вимпов. В таком случае эти тела будут светиться как нормальные коричневые карлики. Только последние со временем остывают (когда останавливаются исходные термоядерные реакции в ядре) и почти полностью перестают излучать, а темные карлики продолжат это делать неограниченное время, поскольку темная материя должна подогревать их чрезвычайно долго.
Долго ждать сотни миллионов лет, чтобы выделить непотухающие коричневые карлики, непрактично. Учёные предложили способ отличать гипотетических темных карликов от обычных коричневых или очень слабых красных звёзд.
Избыток лития-7 во внешних слоях темных карликов объясняется равномерным нагревом от темной материи как в центре, так и в оболочках.
В результате температура центра не превышает 2,5 миллионов градусов, при которой не происходит разрушение лития-7 с образованием гелия-4. Исследователи полагают, что в спектрах темных карликов должны быть заметные следы лития-7, отсутствующие у обычных звезд, которые быстро «сжигают» его до гелия-4.
Возникает вопрос: как процессы выгорания лития-7 в ядре обычной тусклой звезды могут влиять на состав её внешних слоев? Ученые утверждают, что при малой массе звезды должны быть полностью конвективны — то есть их слои эффективно перемешиваются.
Авторы исследования считают, что телескопы класса «Джеймса Уэбба» способны обнаружить темные карлики в центре Галактики. Темные карлики — это аналог коричневых карликов с следами лития-7.
Однако выявлять их в центре Галактики сложно из-за сильного излучения звезд, затрудняющего различие особо тусклых объектов и анализ их спектра.
Подтвердить гипотезу наблюдениями затруднительно из-за сложности определения массы тусклых объектов без близких компаньонов. Без знания массы сложно понять, будет ли объект достаточно маломассивным для того, чтобы стать полностью конвективным с полным перемешиванием слоев.
Все многочисленные попытки обнаружить следы темной материи любого вида в диске Галактики (даже в ее центре) пока оказались безуспешными. Это согласуется с гипотезами и теориями, как в модели Горькавого (шаровых скоплений черных дыр в диске Галактики), но практически несовместимо с моделями, где темная материя состоит из частиц.
