Тёмные карлики в центре нашей галактики могут раскрыть природу тёмной материи
Небесные объекты, известные как тёмные карлики, могут скрываться в центре нашей галактики и способны дать ключевые подсказки к разгадке одного из самых загадочных и фундаментальных явлений современной космологии — тёмной материи.
В статье, опубликованной в Journal of Cosmology and Astroparticle Physics, международная группа исследователей из Великобритании и Гавайев впервые описала эти объекты и предложила способ их обнаружения с помощью современных инструментов, таких как космический телескоп «Джеймс Уэбб». Работа получила название:
«Тёмные карлики: субзвёздные объекты, питаемые тёмной материей, ожидающие открытия в галактическом центре».
Учёные назвали их тёмными карликами не потому, что они не излучают свет (напротив, они могут светиться), а из-за их особой связи с тёмной материей — одной из главных загадок современной астрофизики.
«Мы считаем, что 25% Вселенной состоит из материи, которая не испускает свет и остаётся невидимой для наших глаз и телескопов. Мы обнаруживаем её только по гравитационным эффектам. Поэтому её называют тёмной материей», — объясняет Джереми Сакстин, профессор физики Гавайского университета и один из авторов исследования.
На сегодняшний день мы знаем, что тёмная материя существует и как она ведёт себя, но до сих пор не понимаем, из чего она состоит. За последние 50 лет было выдвинуто множество гипотез, но ни одна из них не получила достаточного экспериментального подтверждения. Исследования, подобные работе Сакстина и его коллег, важны, потому что предлагают конкретные способы прорыва в этом направлении.
Тёмные карлики и WIMP-частицы
Среди самых известных кандидатов на роль тёмной материи — слабовзаимодействующие массивные частицы (WIMP). Они обладают большой массой, но почти не взаимодействуют с обычным веществом: проходят сквозь него незаметно, не излучают свет, не реагируют на электромагнитные силы и проявляют себя только через гравитацию. Именно такие частицы могли бы обеспечивать существование тёмных карликов.
«Тёмная материя взаимодействует гравитационно, поэтому может захватываться звёздами и накапливаться внутри них. Если это происходит, она может также взаимодействовать сама с собой, аннигилируя и выделяя энергию, которая нагревает звезду», — говорит Сакстин.
Обычные звёзды (как наше Солнце) светятся благодаря термоядерным реакциям в их ядрах. Но тёмные карлики слишком малы для этого — их масса составляет всего 8% от солнечной, что недостаточно для запуска ядерного синтеза.
Такие объекты, широко распространённые во Вселенной, обычно излучают лишь слабый свет за счёт гравитационного сжатия и известны как коричневые карлики. Однако если они находятся в областях с высокой концентрацией тёмной материи (например, в центре галактики), то могут превратиться в нечто иное.
«Эти объекты собирают тёмную материю, которая помогает им стать тёмными карликами. Чем больше тёмной материи вокруг, тем больше её может накопиться внутри. А чем больше её внутри звезды, тем больше энергии выделится при аннигиляции», — объясняет Сакстин.
Но это работает только если тёмная материя состоит из массивных частиц, способных к самовзаимодействию, таких как WIMP. Другие кандидаты (например, аксионы, ультралёгкие частицы или стерильные нейтрино) слишком легки, чтобы создать подобный эффект.
Как обнаружить тёмного карлика?
Вся эта гипотеза теряет смысл, если нет способа отличить тёмного карлика от других объектов. Поэтому Сакстин и его коллеги предлагают искать литий-7 — элемент, который быстро сгорает в обычных звёздах, но может сохраняться в тёмных карликах.
«Если мы найдём объект, похожий на тёмного карлика, и обнаружим в нём литий-7, это будет сильным аргументом в пользу нашей теории», — говорит учёный.
Такие инструменты, как «Джеймс Уэбб», уже способны обнаруживать крайне холодные объекты, подобные тёмным карликам. Но есть и другой подход:
«Можно изучить целую популяцию объектов и статистически проверить, лучше ли она описывается с учётом тёмных карликов или без них», — добавляет Сакстин.
Что даст открытие тёмных карликов?
Если в ближайшие годы астрономам удастся найти тёмного карлика, насколько это подтвердит гипотезу о WIMP-частицах?
«Довольно сильно. Лёгкие кандидаты, такие как аксионы, не могут накапливаться внутри звёзд. Обнаружение тёмного карлика станет убедительным доказательством, что тёмная материя — массивная и сильно взаимодействует сама с собой, но слабо — с обычной материей. Это включает WIMP, но также и некоторые более экзотические модели», — заключает Сакстин.
Наблюдение тёмного карлика не докажет окончательно, что тёмная материя состоит из WIMP, но покажет, что она ведёт себя как WIMP или нечто очень похожее. Это станет важным шагом к разгадке одной из величайших тайн Вселенной.
В нашем Telegram‑канале, и группе ВК вы найдёте новости о непознанном, НЛО, мистике, научных открытиях, неизвестных исторических фактах. Подписывайтесь, чтобы ничего не пропустить.
