Gwiazdy neutronowe mogą być napędzane anihilacją ciemnej materii

Astronomowie zakładają, że dzięki temu, że gwiazdy neutronowe są tak gęste może akumulować się w nich ciemna materia. Może to wpływać na wygląd tych obiektów i to jakie zachodzą w nich reakcje.

Jak zaznaczają astronomowie, jedną z największych tajemnic dotyczących cząstek ciemnej materii jest to, czy oddziałują one ze sobą. Naukowcy wciąż nie znają dokładnej natury tej niezwykłej substancji. Niektóre modele zakładają, że ciemna materia oddziałuje jedynie grawitacyjnie, ale wiele innych stwierdza, że jej cząstki mogą zderzać się ze sobą, zlepiać, a nawet rozpadać na mniejsze elementy, które będą możliwe do obserwacji. Jeśli tak jest, to jak zaznaczają badacze, obiekty o szczególnie silnym polu grawitacyjnym, takie jak czarne dziury, gwiazdy neutronowe i białe karły, mogą wychwytywać i koncentrować w sobie ciemną materię. To z kolei mogłoby wpłynąć na wygląd tych obiektów. W nowym badaniu „Thermalization and Annihilation of Dark Matter in Neutron Stars”, naukowcy Nicole F. Bell, Giorgio Busoni, Sandra Robles i Michael Virgato sprawdzili możliwość oddziaływania ciemnej materii na gwiazdy neutronowe. Badanie zostało opublikowane serwisie arXiv.

Gwiazdy neutronowe, zdaniem naukowców, składają się z najgęstszej materii we Wszechświecie. Ich potężne pola grawitacyjne mogą uwięzić ciemną materię i w przeciwieństwie do czarnych dziur, jakiekolwiek jej promieniowanie nie zostanie w nich uwięzione za horyzontem zdarzeń. Jak wskazują badacze, gwiazdy neutronowe są idealnym laboratoriami do sprawdzania modeli ciemnej materii. W nowym badaniu sprawdzono jaką ilość tej niezwykłej substancji może przechwycić ten gęsty obiekt i jak rozpad oddziałujących cząstek ciemnej materii wpłynie na temperaturę gwiazdy.

Jak podkreślają astronomowie, szczegóły zależą od konkretnego modelu ciemnej materii. Zamiast zajmować się różnymi założeniami, badacze przyjrzeli się ogólnym właściwościom. W szczególności skupili się na tym, w jaki sposób ciemna materia i bariony (protony i neutrony) mogą wchodzić w interakcje i czy może to spowodować uwięzienie tej niezwykłej substancji wewnątrz gęstej struktury. Jak twierdzą, okazało się, że w zakresie możliwych interakcji barion-ciemna materia, gwiazdy neutronowe mogą ją wychwytywać.

Naukowcy sprawdzili również, w jaki sposób może dojść do termalizacji (procesu osiągania przez ciała fizyczne równowagi termicznej poprzez wzajemne oddziaływanie) ciemnej materii. Jak tłumaczą: „W miarę wychwytywania ciemnej materii powinna ona uwalniać energię cieplną do gwiazdy neutronowej poprzez zderzenia i anihilację ciemnej materii. Z czasem ciemna materia i gwiazda neutronowa powinny osiągnąć równowagę termiczną”.

Astronomowie odkryli, że równowaga termiczna jest osiągana dość szybko. W przypadku prostych skalarnych modeli ciemnej materii można ją osiągnąć w ciągu 10 tysięcy lat. W przypadku wektorowych modeli ciemnej materii równowaga może nastąpić w ciągu zaledwie roku. Niezależnie od modelu, gwiazdy neutronowe mogą osiągnąć równowagę termiczną, w czasie bardzo krótkim, jak na kosmiczne standardy.

Jeśli ten model jest poprawny, jak podkreślają badacze, ciemna materia mogłaby odgrywać znaczącą rolę w ewolucji gwiazd neutronowych. Astronomowie mogliby na przykład zidentyfikować jej obecność, obserwując te niezwykle gęste obiekty, które są cieplejsze niż oczekiwano. A może nawet będzie możliwe rozróżnienie modeli ciemnej materii na podstawie ogólnego widma gwiazd neutronowych.

Emil Gołoś