Гипотетические «темные карлики» — особая разновидность коричневых карликов, предположительно содержащих темную материю, — могут стать ключом к обнаружению этой загадочной субстанции в реальном мире. По мнению ученых из США и Великобритании, такие объекты способны превратить темную материю из теоретической концепции в наблюдаемое явление.
Темная материя остается одной из главных нерешенных загадок современной астрофизики. Хотя ее прямое обнаружение пока не состоялось, большинство ученых признают ее существование благодаря гравитационному влиянию на видимую материю. Однако природа темной материи до сих пор неизвестна, и лишь один из предполагаемых ее типов может объяснить формирование темных карликов.
Темная материя не излучает, не поглощает и не отражает свет, поэтому ее невозможно увидеть напрямую. Тем не менее, она проявляет себя через гравитационные эффекты, такие как искривление света (гравитационное линзирование), аномалии в скоростях вращения галактик и структуре реликтового излучения.
«Мы считаем, что около 25% Вселенной состоит из материи, которая не излучает свет и потому невидима для наших глаз и телескопов. Мы обнаруживаем ее только по гравитационному воздействию — отсюда и название “темная материя”», — поясняет соавтор исследования Джереми Сакстин, профессор физики Гавайского университета.
Ученые предлагают сосредоточить поиски темной материи на гипотетических темных карликах — небольших звездах с массой около 8% солнечной. Они слишком легкие для запуска термоядерных реакций, как обычные звезды, но могут получать энергию за счет аннигиляции темной материи внутри них.
«Для существования темных карликов темная материя должна состоять из вимпов или других тяжелых частиц, способных к самовзаимодействию», — говорит Сакстин.
Вимпы (слабовзаимодействующие массивные частицы) — один из главных кандидатов на роль темной материи. Они почти не взаимодействуют с обычной материей, кроме как через гравитацию и слабое ядерное взаимодействие. Другие гипотетические частицы, такие как аксионы или стерильные нейтрино, не подходят для объяснения энерговыделения в темных карликах.
«Темная материя притягивается гравитацией и может накапливаться внутри звезд. Если она взаимодействует сама с собой, то аннигилирует, выделяя энергию и нагревая звезду», — объясняет Сакстин.
По мнению ученых, темные карлики могли образоваться в областях с высокой плотностью темной материи, например, в центре Млечного Пути. Со временем такие объекты накапливают достаточно темной материи, чтобы ее эффекты стали заметными.
Хотя темные карлики пока остаются гипотетическими объектами, исследователи предлагают способ их поиска. Один из ключевых признаков — наличие лития-7.
«Литий-7 быстро сгорает в обычных звездах, но в темных карликах он может сохраняться. Если мы найдем объект, похожий на темный карлик, и обнаружим в нем литий, это будет серьезным аргументом в пользу нашей гипотезы», — говорит Сакстин.
Для поиска таких объектов можно использовать космический телескоп «Джеймс Уэбб», способный обнаруживать холодные и тусклые тела. Другой подход — статистический анализ популяции звезд в галактическом центре, который может выявить аномалии, указывающие на присутствие темных карликов. Значение открытия Обнаружение темных карликов станет важным шагом в подтверждении теории о вимпах.
«Если темная материя состоит из легких частиц вроде аксионов, темные карлики не смогут существовать. Их обнаружение докажет, что темная материя — тяжелая и сильно взаимодействует сама с собой», — заключает Сакстин.