Астрофизики Мельбурнского университета (Австралия) уточнили скорость захвата частиц темной материи недрами нейтронной звезды. Знание этой величины позволяет использовать нейтронные звезды в качестве возможного детектора темной материи. Об этом сообщается в статье, опубликованной в журнале Physical Review Letters.
Известно, что темная материя (DM) очень слабо взаимодействует с обычной (барионной) материей, что сильно затрудняет ее поиск, несмотря на видимые эффекты, которые она оказывает на движение галактик. Однако нейтронные звезды настолько плотны, что могут улавливать частицы темной материи, которые проходят через них. Обладая массой, сравнимой с массой Солнца, эти космические объекты имеют радиус всего до десяти километров, а чайная ложка ее вещества имеет массу около миллиарда тонн.
Теоретически DM-частицы сталкиваются с нейтронами в звезде, теряют энергию и оказываются в гравитационной ловушке, в результате чего со временем темная материя накапливается в ядре звезды. Ожидается, что это приведет к нагреву старых, холодных нейтронных звезд до уровня, заметного для будущих наблюдений. В крайних случаях это может вызвать внезапный коллапс нейтронной звезды в черную дыру.
Однако для выявления аномально разогретых нейтронных звезд или коллапсаров необходимо знать точную скорость захвата темной материи. До сих пор для этого использовались оценки скорости захвата у Солнца, однако нейтронные звезды отличаются от обычных звезд крайне экстремальной средой, которая сильно влияет на рассеивание DM-частиц. Исследователи учитывали структуру нейтронов и взаимодействия между ними. Иными словами, физики отошли от традиционного рассматривания нейтронов как точечных частиц, образующих идеальный газ. Оказалось, что эти факторы подавляют передачу энергии при столкновения частиц темной материи с нейтронами, значительно снижая скорость захвата. Это подавление захвата усиливается до трех порядков в очень массивных нейтронных звездах.