«Безсмертні зірки» можуть харчуватися темною матерією в серці Чумацького Шляху

«Все хороше колись закінчується». Ця приказка справедлива як у космосі, так і на Землі. Ми усвідомлюємо, що зірки, як і все інше, повинні вмирати. Коли в їх ядрах закінчується паливо, необхідне для ядерного синтезу, зірки всіх розмірів руйнуються під дією власної гравітації, вмираючи, утворюючи щільний космічний залишок, як білий карлик, нейтронна зірка або чорна діра. Нашу власну зірку, Сонце, спіткає така доля приблизно через 5 мільярдів років, спочатку роздувшись у вигляді червоного гіганта та знищивши внутрішні планети, включаючи Землю. Приблизно через 1 мільярд років ця фаза також закінчиться, залишивши ядро ​​Сонця у вигляді вуглинки білого карлика, оточеного хмарою космічного попелу у формі охолоджуючого зоряного матеріалу. 

Вчені розробили діаграму Герцшпрунга-Рассела, схему зоряного життя, загробного життя та смерті. Ця діаграма відстежує зірки всіх мас через їх еволюцію від зірок головної послідовності, що спалюють водень, до щільних космічних залишків. Однак нове дослідження показало, що деякі зірки в серці нашої галактики, можливо, не дивляться на наші найкращі моделі зоряного життя та смерті. Ці зірки могли харчуватися темною матерією, найзагадковішою речовиною Всесвіту, щоб фактично надати собі космічне безсмертя, що вимагає створення «темної діаграми Герцшпрунга-Рассела».

«Галактичний центр Чумацького Шляху — це дуже екстремальне середовище, яке сильно відрізняється від нашого розташування в Чумацькому Шляху», — сказала Space.com керівник дослідницької групи Ізабель Джон з Інституту астрофізики та космології елементарних частинок Кавлі. «Зірки, найближчі до центру Галактики, так звані «зірки S-скупчення», викликають велику загадку.

«Вони демонструють низку властивостей, яких немає більше ніде: незрозуміло, як вони опинилися так близько до центру

Джон додав, що ці зірки S-скупчення, які знаходяться в межах приблизно трьох світлових років від самого серця нашої галактики, також здаються набагато молодшими, ніж можна було б очікувати, якби зірки мігрували в цей регіон з інших частин Чумацького Шляху. «Що більш загадково, не тільки те, що зірки виглядають надзвичайно молодими, але й менше старих зірок, — продовжила вона багато важких зірок».

Джон та його колеги припускають, що причиною цих незвичайних особливостей може бути те, що ці зірки збирають велику кількість темної матерії, яка потім анігілює всередині них. Цей процес може забезпечити їх абсолютно новою та несподіваною формою палива.

«Наше моделювання показує, що зірки можуть виживати лише за рахунок темної матерії як палива, і оскільки поблизу Галактичного центру є надзвичайно велика кількість темної матерії, ці зірки стають безсмертними», — додав Джон. «Це дуже захоплююче, оскільки наше моделювання показує результати, подібні до спостережень зірок S-скупчення: темна матерія як паливо збереже зірки вічно молодими».

«Ідея безсмертних зірок, — продовжив Джон, — може відразу пояснити багато незвичайних властивостей зірок S-скупчення. Якщо зірки в Центрі Галактики стають безсмертними через високу щільність темної матерії, це може пояснити незвичайну причину велика кількість, здавалося б, молодих зірок у Галактичному центрі, водночас пояснюючи відсутність старших зірок».

Темна матерія сама собі найлютіший ворог

Темна матерія є проблемою для фізиків, оскільки вона, за оцінками, становить 85% Всесвіту, невидима для нас, оскільки не взаємодіє зі світлом. Крім того, темна матерія, здається, не взаємодіє зі «звичайною матерією». Ця повсякденна речовина складається з протонів, нейтронів і електронів і включає всі зірки, планети, супутники, астероїди, комети, газ, пил і живі істоти у Всесвіті.

Вчені можуть зробити висновок про наявність темної матерії лише тому, що вона взаємодіє з гравітацією, і ця взаємодія може впливати на звичайну матерію і навіть світло. Однак, якщо взаємодії між темною матерією і звичайною матерією все-таки відбуваються, вони рідкісні та слабкі; вчені не вірять, що ми ніколи не виявляли такої взаємодії. 

Що менш певно, так це те, чи взаємодіє темна матерія сама з собою. Щоб зрозуміти, що це означає, пам’ятайте, що всі звичайні частинки матерії мають версію антиматерії. Наприклад, для негативно зарядженого електрона існує позитивно заряджена античастинка, яка називається позитроном. І коли матерія та антиматерія зустрічаються, вони знищують одна одну, вивільняючи енергію. 

«Анігіляція темної матерії аналогічна анігіляції матерії та антиматерії: якщо частинка та її античастинка зустрічаються, вони руйнуються та утворюють інші частинки, наприклад, фотони. Аналогічно, частинки темної матерії можуть анігілювати таким чином», — сказав Джон. . «У багатьох моделях темної матерії частинки темної матерії вважаються власною античастинкою, що означає, що будь-які дві частинки темної матерії можуть анігілювати одна з одною».

Однак ми не бачимо анігіляції темної матерії, тому це має бути досить рідко. Це означає, каже Джон, що це буде більш імовірно в середовищі, де величезна кількість темної матерії може бути напхана разом. Можливо, надщільна область у серці зірки є місцем, де гравітація, з якою справді взаємодіє темна матерія, є найсильнішою.

Чи може сонце теж стати безсмертним?

Зірки головної послідовності спалюють водень у процесах ядерного синтезу протягом свого життя. Це створює гелій, більшу частину енергії зірки, і зовнішній «тиск випромінювання», який врівноважує поштовх власних гравітаційних сил зірки. Це космічне перетягування каната між радіаційним тиском і гравітацією триває мільйони або навіть мільярди років і підтримує ці зірки в стабільній рівновазі. 

«Протягом більшої частини життя зірки ці процеси відбуваються переважно в ядрі зірки, де гравітаційний тиск найвищий», — сказав Джон. «Ми показуємо, що якщо зірки збирають велику кількість темної матерії, яка потім анігілює всередині зірки, це також може створювати зовнішній тиск, роблячи зірку стабільною завдяки анігіляції темної матерії, а не ядерному синтезу. Отже, зірки можуть використовувати темну матерію. як паливо замість водню

«Зірки витрачають свій водень, що зрештою призведе до їх смерті. З іншого боку, темна матерія може збиратися безперервно, що робить ці зірки безсмертними». 

Отже, чи могло б сонце подарувати собі безсмертя, перейшовши на це альтернативне джерело палива? Джон вважає, що ні. Розташований на півдорозі одного зі спіральних рукавів Чумацького Шляху, він знаходиться не в тому місці нашої галактики, щоб отримати доступ до цього темного джерела молодості.

«Зіркам потрібна дуже велика кількість темної матерії, щоб ефективно замінити термоядерний синтез. На більшій частині Чумацького Шляху щільність темної матерії недостатньо висока, щоб істотно впливати на зірки. Але в центрі Галактики щільність темної матерії дуже висока, потенційно у багато мільярдів разів вище, ніж на Землі, що забезпечує кількість темної матерії, необхідної для того, щоб зробити зірки безсмертними», – пояснив Джон. «Отже, наше сонце не безсмертне».

Джон додав, що висновки команди потенційно вказують на багато секретів про саму темну матерію, а також про безсмертні зірки, які вона може живити. 

«Наші висновки говорять нам про те, що темна матерія може розсіюватися зі звичайними частинками, що необхідно для сповільнення частинок темної матерії всередині зірки, щоб захопити їх, — також, що частинки темної матерії можуть анігілювати одна з одною», — сказала вона. «Спостерігаючи за розподілом безсмертних зірок навколо Галактичного центру, ми також отримаємо деяку інформацію про розподіл і щільність темної матерії навколо Галактичного центру».