|
Темная материя может сделать звезды бессмертными
|
|
|
|
Звезды, расположенные вблизи центра нашей галактики, ведут себя довольно странно. Возможно, все дело в темной материи. Команда научных исследователей (если можно так выразиться) обнаружила потенциально новый класс звезд, которые могут существовать в пределах светового года от центра Млечного Пути и которые могут функционировать в соответствии с необычным механизмом: аннигиляцией темной материи. Этот процесс должен был бы оказывать на звезды внешнее давление, отличное от термоядерного синтеза, предотвращая их гравитационный коллапс и делая их, по сути, бессмертными, поскольку их молодость постоянно обновляется. Результаты опубликованы на сервере препринтов arXiv. В совокупности звезды, питаемые темной материей, будут находиться в новой области давно разработанной диаграммы, которая классифицирует звезды по их температуре и светимости, помещая их подальше от так называемой главной последовательности, где находится подавляющее большинство звезд.
|
|
|
|
Наблюдать за центром нашей Галактики, вокруг которого вращаются звезды, довольно сложно, поскольку эта область чрезвычайно яркая. В центре находится сверхмассивная черная дыра Стрелец А*, масса которой в четыре миллиона раз превышает массу Солнца. Это яркий источник радиоволн, изображение которого было получено в 2022 году. Звезды вблизи Sgr A* обращаются вокруг него со скоростью в несколько тысяч километров в секунду (по сравнению с орбитальной скоростью Солнца, составляющей 240 км/с). Эти близкие внутренние звезды, называемые звездами S-скопления, очень загадочны и обладают свойствами, не похожими ни на какие другие в Млечном Пути. Их происхождение неизвестно, поскольку окружающая среда в радиусе примерно трех световых лет от центра считается неблагоприятной для звездообразования. Они кажутся намного моложе, чем можно было бы ожидать, если бы они переместились внутрь планеты из какого-либо другого места. Самое загадочное, что они выглядят необычно молодыми, по соседству с ними находится меньше старых звезд, чем ожидалось, а также неожиданно много тяжелых звезд.
|
|
|
Звезды - это ядерные печи, вырабатывающие тепло при сжигании водорода в результате ядерного синтеза. Тепловое излучение в результате этой реакции, а также термодинамическая конвекция звездной плазмы оказывают внешнее воздействие на компоненты звезды, в основном на водород и гелий. Эта сила уравновешивается внутренней силой самогравитации. Диаграмма Герцшпрунга–Рассела (HR) классифицирует звезды, сопоставляя их светимость с эффективной температурой их поверхности. За исключением белых карликов и красных гигантов, "главная последовательность" на этой диаграмме проходит от верхнего левого угла к нижнему правому, и большинство звезд попадают на эту кривую. (Солнце находится примерно посередине, поскольку их светимость рассчитана как отношение к солнечной). Звезды, расположенные в разных местах последовательности, соответствуют звездам разной массы и возраста.
|
|
|
|
Однако в галактике также существует темная материя. Ее присутствие было подтверждено наблюдениями, которые выявили недостаточное количество обычной материи для объяснения более высоких, чем ожидалось, скоростей вращения звезд вокруг центра Галактики. Плотность темной материи наиболее высока вблизи центра и уменьшается с удалением от него. Разумно ожидать, что она будет присутствовать в звездах вблизи центра, где темная материя наиболее плотная. Если это так, то аннигиляция темной материи — частиц и античастиц темной материи, которые сталкиваются и производят фотоны, электроны и т.д. — будет оказывать дополнительное внешнее давление внутри звезды и может даже преобладать над ядерным синтезом. Исследовательская группа из Стокгольма и Стэнфорда обнаружила, что включение энергии темной материи в динамику самых отдаленных звезд — тех, что находятся на расстоянии примерно трети светового года от центра (что эквивалентно примерно 8% расстояния до ближайшей к Солнцу звезды) - решает многие из известных парадоксов.
|
|
|
|
Чтобы учесть аннигиляцию темной материи, группа использовала относительно стандартные параметры звездообразования на протяжении эволюции Млечного Пути и частицы темной материи, лишь немного более массивные, чем протон. Используя компьютерную модель звездной эволюции, они предположили, что звезды мигрируют по главной последовательности к центру Галактики, а затем начали вводить энергию темной материи в состав звезды. Затем звезда эволюционировала до тех пор, пока не достигла ветви красного гиганта на диаграмме HR или пока не достигла возраста в 10 миллиардов лет - срока жизни Млечного Пути. Они рассчитали популяции звезд без темной материи и с ее присутствием. При наличии темной материи плотность темной материи у более массивных звезд была ниже, а водород в их ядре плавился медленнее, и их эволюция замедлилась. Но звезды в области с более высокой плотностью темной материи претерпели значительные изменения — они сохраняли равновесие за счет того, что темная материя сгорала с меньшим количеством термоядерного синтеза или вообще без него, что привело к появлению новой звездной популяции в области HR над главной последовательностью.
|
|
|
|
"Наше моделирование показывает, что звезды могут выживать, используя темную материю в качестве топлива, - говорит ведущий соавтор исследования Изабель Джон из Стокгольмского университета. - А поскольку вблизи центра Галактики находится чрезвычайно большое количество темной материи, эти звезды становятся бессмертными", оставаясь вечно молодыми, занимая новое, отличное от других место., видимая область диаграммы ЧСС. Их модель темной материи, возможно, сможет объяснить больше известных загадок. "Что касается более легких звезд, то в ходе нашего моделирования мы видим, что они становятся очень пухлыми и могут даже потерять часть своих внешних слоев", - сказал Джон. Она отметила, что "нечто подобное можно было бы наблюдать в центре Галактики: так называемые G-объекты, которые могут быть похожи на звезды, но окружены газовым облаком". Известно лишь ограниченное число отдельных звезд, которые находятся так близко к центру Галактики, поскольку эта область чрезвычайно яркая. Новые 30-метровые телескопы смогут гораздо лучше видеть этот регион, что позволит ученым лучше понять состав его звезд и подтвердить или исключить наличие темной главной последовательности.
|
|
|
|
Источник
|
