Как найти тёмную материю с помощью белых карликов

Как найти тёмную материю с помощью белых карликов

Через несколько миллиардов лет Солнце станет белым карликом — очень плотным космическим объектом примерно с Землю размером, по массе близким к сегодняшнему светилу (до пары миллионов тонн на кубический сантиметр). Сразу после этого экс-звезда будет иметь светимость, в 100 раз превышающую нынешнюю, однако углерод и кислород в её составе не смогут участвовать в термоядерных реакциях, поэтому белый карлик по имени Послесолнце постепенно остынет, становясь всё тусклее и холоднее. Что важно: в норме процесс протекает одинаково для всех белых карликов.

«Скорость остывания белых карликов можно измерить, причём в реальном времени, ведь у нас есть тридцать лет наблюдений за ними, — объясняет Хорди Исерн (Jordi Isern) из Института космических наук (Испания). — Поэтому присутствие любого источника или же, напротив, поглотителя энергии в его окрестностях нарушит нормальный ритм охлаждения и позволит обнаружить такой источник».

Учёный и его группа считают, что таким непрямым и малозатратным методом можно отследить явления, пока ускользающие от наблюдателей. Конкретно астрономов интересуют так называемые тёмные фотоны (или тяжёлые фотоны) — гипотетические частицы, аналогичные нормальным фотонам, но имеющие массу и напрямую не регистрируемые нами — существами, состоящими из обычной, барионной материи. Строго говоря, если они и есть, то выявить их можно только по моменту распада, когда на месте одного тёмного фотона возникают электроны и антиэлектроны (позитроны). Наблюдений, способных косвенно указывать на избыток позитронов в космических лучах, довольно много, но не всё в них стыкуется: к примеру, антипротонов там тоже должен быть избыток, но реально его не наблюдают.

«Многие попытки расширения Стандартной модели физики основываются на введении новых взаимодействий, выступающих посредниками между тёмными фотонами. В случае своего существования последние могут формироваться внутри белых карликов и легко покидать их, создавая утечку энергии из недр этого объекта и нарушая тем самым нормальный ход его эволюции», — говорит г-н Исерн. Идея состоит в том, что такое аномально быстрое остывание можно зарегистрировать, а по его параметрам вычислить скорость образования тёмных фотонов в недрах зомби-светил.

Анализ показал, что такая утечка энергии может серьёзно ограничить диапазон возможных масс тёмных фотонов и интенсивность их взаимодействия. В итоге учёным удалось наложить на эти гипотетические частицы более строгие ограничения.

Правда, для окончательного вывода о том, осуществляется ли утечка энергии с помощью таких частиц, нужны куда более тщательные наблюдения за белыми карликами, чем те, что ведутся сегодня. И всё же ранее публиковались работы, показывавшие, что некоторые белые карлики — в частности в шаровом скоплении 47 Тукана — остывают быстрее, чем должны, так что, вполне возможно, авторы этой работы взяли верный след.

Отчёт об исследовании опубликован в журнале Physical Review D, а с его препринтом можно ознакомиться здесь.

Подготовлено по материалам Службы научных новостей и информации.