Будущая версия Солнца – это ключ к неизвестной физике и пониманию темной материи: что известно

Ученые изучили 26 000 белых карликов, которые иногда называют мертвыми звездами и доказали давно существующую теорию о том, что чем они горячее, тем более раздуты их внешние слои. Хотя это открытие может показаться несущественным, понимание структуры белых карликов может стать ключом к пониманию темной матери и возможному открытию новой физики. Исследование опубликовано в The Astrophysical Journal, пишет Space.

Белый карлик — будущая версия Солнца

Белые карлики являются ядрами умерших звезд, таких как Солнце, у которых закончилось водородное топливо для поддержания жизни. Примерно через 5 млрд лет Солнце также станет белым карликом. Эти мертвые звезды имеют размер примерно с планету Земля, но при этом их масса сравнима с массой Солнца. Это значит, что это чрезвычайно плотные объекты.

Белые карлики возникают, имея очень высокую температуру, которая достигает 100 000 градусов Цельсия. То, что эти мертвые звезды являются такими горячими неудивительно, ведь они представляют ядро умершей звезды и подверглись гравитационному сжатию, когда перестали вырабатывать энергию. С течением времени белые карлики постепенно охлаждаются.

Доказательство теории

Минимальный размер белого карлика контролируется так называемым давлением вырождения электронов. Внутри белого карлика электроны могут быть сжаты вместе только до тех пор, пока квантово-механические эффекты не помешают им уплотниться еще больше.

Максимальный размер белого карлика зависит от его массы, то есть чем массивнее мертвая звезда, тем она больше, а также температуры. Теория предсказывает, что чем горячее белый карлик, тем более раздутыми должны быть его внешние слои. Теперь астрономы впервые доказали, что эта теория верна.

Астрономы изучили гравитационное красное смещение света, исходящее от 26 000 белых карликов в нашей галактике Млечный Путь. Гравитационное красное смещение — это эффект, который возникает из-за того, что масса белого карлика искривляет пространство вокруг себя, в соответствии с общей теорией относительности Эйнштейна. Это приводит к тому, что длина волны света белого карлика растягивается.

Более мелкие белые карлики имеют сильное гравитационное красное смещение, поскольку их гравитация сильнее, чем у мертвых звезд большего размера. Астрономы выяснили, что наблюдаемые гравитационные красные смещения действительно соответствуют теории. То есть более горячие белые карлики будут более пухлыми, даже если они имеют ту же массу, что и более холодные белые карлики.

Новая физика и темная материя

Полученные результаты на самом деле имеют гораздо большее значение для понимания всей Вселенной. По словам авторов исследования, белые карлики являются одними из самых хорошо изученных звезд с экстремальной физикой, а потому их можно использовать для проверки теорий классической физики или же для обнаружения новой фундаментальной физики. А также для понимания природы темной материи.

Многие десятилетия ученые считали, что темная материя является частицей под названием вимп или слабо взаимодействующей массивной частицей. Но вимпы обнаружить не удалось, а потому ученые решили, что темная материя является еще одной гипотетической частицей под названием аксион.

Считается, что в галактике, заполненной гало темной материи квантовые характеристики приведут к такому расположению аксионов в этом гало, что это распределение будет иметь пики и впадины, каждый из которых простирается на тысячи световых лет.

Если два или более белых карлика находятся в одном из пиков аксиона, то темная материя может изменить внутреннюю структуру этих мертвых звезд. Это может привести к неожиданному изменению температуры, массы или гравитационного красного смещения белого карлика. Эти изменения можно обнаружить, что будет указывать на влияние темной материи и того, из чего она состоит, считают ученые.