Новая физика скрывается в экстремальном явлении в космосе: она может объяснить темную материю
Авторы нового исследования, опубликованного в журнале Physical Review Letters, предполагают, что слияние двух нейтронных звезд и уникальная физика, созданная этим событием, дадут возможность понять природу темной материи, пишет Space.
Ученые считают, что слияние нейтронных звезд поможет разобраться с гипотетическими частицами под названием аксионы, которые являются одними из главных кандидатов на роль темной материи.
Аксионы никогда не обнаруживали напрямую, но они появляются во многих моделях, которые выходят за пределы Стандартной модели физики элементарных частиц. Она сейчас является лучшим описанием субатомных частиц и того, как они взаимодействуют друг с другом.
Темная материя представляет собой серьезную проблему для ученых, поскольку она не взаимодействует со светом, а значит она фактически невидима. Темная материя также демонстрирует отсутствие взаимодействия с другими силами, такими как электромагнитное взаимодействие. Из-за этих странных особенностей темная материя не может состоять из электронов, протонов и нейтронов, то есть частиц, из которых состоит обычная материя.
С другой стороны, проблема усугубляется тем, что частицы о которых известно ученым и которые содержатся в Стандартной модели, составляют всего 15% всей материи во Вселенной. Авторы исследования говорят, что у них есть основания предполагать, что новая физика будет открыта совсем скоро. Экстремальные условия, такие как слияние нейтронных звезд, открывают новое окно возможностей в поисках частиц темной материи, таких как аксионы.
Нейтронные звезды рождаются, когда массивные звезды исчерпывают запасы топлива, необходимого для внутреннего термоядерного синтеза, и больше не могут противостоять давлению собственной гравитации. Это заканчивается взрывом сверхновой и сжатием ядра звезды до очень маленького размера. В результате появляется нейтронная звезда с массой Солнца, имеющая диаметр 20 км. Нейтронные звезды получили такое название, ведь наполнены богатой нейтронами материей.
Нейтронные звезды не всегда существуют изолированно и иногда они кружатся вокруг соседней нейтронной звезды. Когда эти нейтронные звезды вращаются вокруг друг друга они сближаются, и гравитация приводит к тому, что происходит процесс слияния.
Слияние этих звезд приводит к появлению таких экстремальных физических явлений, которых нет больше нигде во Вселенной. Ученые считают, что слияние нейтронных звезд представляет собой единственную среду, где могут создаваться химические элементы тяжелее железа, такие как золото и серебро.
В результате слияния нейтронных звезд также образуется недолговечный плотный остаток, который быстро сжимается под действием гравитации и возникает либо черная дыра, либо более крупная нейтронная звезда.
Авторы исследования считают, что этот остаток является идеальной средой для производства экзотических частиц, таких как аксионы. Эти частицы могут покинуть место слияния нейтронных звезд и распасться на другие частицы, включая фотоны, которые являются частицами света.
Ученые считают, что распад этих частиц создает уникальный электромагнитный сигнал, который можно уловить гамма-телескопами. Это значит, что нужно направить эти телескопы на слияния нейтронных звезд для сбора данных, которые улучшат понимание природы аксионов и других экзотических частиц,
Авторы исследования говорят, что это может привести к обнаружению частиц, из которых состоит темная материя и таким образом будет решена одна из главных загадок Вселенной.