Particulele de materie întunecată și coliziunile antiparticole ar putea face ca unele stele să fie nemuritoare.
Pentru o stea, masa sa inițială este totul. Determină cât de repede arde prin hidrogenul său și cum va evolua odată ce începe să fuzioneze elemente mai grele. Este atât de bine înțeles că oamenii de știință au conceput un “secvență principală„Asta acționează un pic ca un tabel periodic pentru stele, corelându -și masa și vârsta cu proprietățile lor.
Cu toate acestea, secvența principală se bazează pe o presupunere care este aproape întotdeauna adevărată: toată energia implicată provine din fuziunea bazată pe gravitație a elementelor mai ușoare în cele mai grele. Cu toate acestea, trei astrofizicieni consideră o sursă alternativă de energie care se poate aplica chiar în centrul galaxiei noastre – energie eliberată atunci când particulele de materie întunecată și antiparticule se ciocnesc și se anihilează. Deși nici măcar nu știm că materia întunecată poate face asta, este un ipotetic cu unele consecințe interesante, cum ar fi stelele aparent nemuritoare, și altele care se deplasează înapoi pe calea principală a secvenței.
Anihilații întunecate
Nu ne -am dat seama care este materia întunecată, dar există o mulțime de motive pentru a crede că este alcătuită din particule elementare. Și, dacă acestea se comportă ca toate particulele pe care le înțelegem bine, atunci vor exista atât versiuni obișnuite, cât și antimaterii. În cazul în care aceștia se ciocnesc, ar trebui să se anihileze reciproc, eliberând energie în acest proces. Având în vedere înclinația generală a lui Dark Matter de a nu interacționa cu nimic, aceste coliziuni vor fi extrem de rare, cu excepția locațiilor cu concentrații foarte mari de materie întunecată.
Singurul loc care se va întâmpla este în centrul galaxiei noastre. Și, pentru o vreme, a existat un exces de radiații Venind din nucleul galactic despre care oamenii credeau că s -ar putea datora anihilațiilor de materie întunecată, deși în cele din urmă s -a dovedit a avea un Explicație mai banală.
La densitățile extreme găsite într -un an ușor de la gaura neagră supermasivă din centrul galaxiei noastre, concentrațiile sunt suficient de mari încât aceste coliziuni ar putea fi o sursă majoră de energie. Și astfel astronomii au luat în considerare ceea ce toată energia ar putea face stelele care se termină pe orbita unei găuri negre, constatând că în circumstanțele potrivite, distrugerea materiei întunecate ar putea oferi mai multă energie unei stele decât fuziunea.
Acest lucru i -a determinat pe trei astrofizici (Isabelle John, Rebecca Leane și Tim Linden) să încerce să privească lucrurile într -o manieră organizată, modelând o „secvență principală întunecată” de stele, deoarece ar putea exista într -o apropiere de centrul Calea Lactee.
Gravitatea intensă și radiațiile găsite în apropierea miezului galaxiei înseamnă că stelele nu se pot forma acolo. Deci, orice se formase pe o orbită strânsă, în altă parte, înainte de interacțiunile gravitaționale, o împinseseră în apucarea gravitațională a gaurei negre centrale a galaxiei. Cercetătorii au folosit un model standard de evoluție a stelelor pentru a construi o colecție de stele de dimensiuni moderate, de la una la 20 de mase solare la 0,05 intervale de masă solară. Acestea sunt lăsate să aprindă fuziunea la nucleele lor și apoi să se deplaseze într-un mediu bogat în materie întunecată.
Întrucât nu avem idee cât de des ar putea să se desfășoare particulele de materie întunecată între ele, John, Benede și Linden folosesc două frecvențe de coliziune diferite. Acestea determină cât de multă energie este oferită în aceste stele de materie întunecată, pe care cercetătorii le adaugă pur și simplu ca supliment la cantitatea de energie de fuziune pe care le produc stelele. Apoi, stelele au voie să evolueze înainte în timp.
(The authors note that stars that are thrown into the grasp of a supermassive black hole tend to have very eccentric orbits, so they spend a lot of time outside the zone where dark matter collisions take place with a significant frequency. So, what they’ve done is the equivalent of having these stars experience the energy input given their average orbital distance from the galaxy’s core. In reality, a star would spend some years with higher energy input and some years with lower input as it moves about orbita ei.)
Realizarea nemuririi
Fizica a ceea ce se întâmplă se bazează pe același echilibru de forțe care guvernează stelele alimentate de fuziune, dar produce câteva rezultate foarte ciudate. Având în vedere doar puterea de fuziune, o stea va exista la un punct de echilibru. Dacă gravitația o comprimă, fuziunea se accelerează, se eliberează mai multă energie și că energia face ca steaua să se extindă din nou spre exterior. Aceasta provoacă căderea densității, încetinind din nou fuziunea.
Annihilațiile de materie întunecată oferă, în esență, o sursă suplimentară de energie care rămâne constantă indiferent de ceea ce se întâmplă cu densitatea vedetei. La capătul scăzut al gamei de masă pe care le -a luat în considerare cercetătorii, acest lucru poate determina vedeta aproape să oprească fuziunea, arătând în esență ca o stea mult mai tânără decât este de fapt. Aceasta are efectul de a face ca steaua să se deplaseze înapoi de -a lungul diagramei secvenței principale.
Cercetătorii notează că, în esență, stelele mai ușoare ar putea obține atât de multă energie suplimentară încât nu pot ține împreună și pot ajunge să se disipeze, lucru care a fost văzut în modelele conduse de alți cercetători.
Pe măsură ce masa devine mai sus, stelele ajung în punctul în care, în esență, renunță la fuziune și ajung cu nimic altceva decât anihilații de materie întunecată. Au suficientă masă pentru a ține împreună gravitația, dar ajung prea difuz pentru ca Fusion să continue. Și vor rămâne așa atâta timp cât vor continua să obțină injecții suplimentare de energie. “O stea ca aceasta ar putea arăta ca o stea tânără, încă formantă”, scriu autorii “, dar are caracteristici ale unei vedete care a suferit o fuziune nucleară în trecut și este efectiv nemuritoare.”
John, Leane și Linden constată că stelele de masă superioare rămân suficient de dense pentru ca fuziunea să continue chiar și în apropierea galei negre a Galaxiei. Dar energia suplimentară a menținut că fuziunea se întâmplă într -un ritm moderat. Au procedat prin secvența principală, dar într -un ritm care a fost excepțional de lent, astfel încât rularea simulării pentru un total de 10 miliarde de ani nu le -a văzut schimbându -se semnificativ.
Celălalt lucru ciudat aici este că toate acestea sunt foarte sensibile la câtă anihilare a materiei întunecate are loc. O stea care este „nemuritoare” la o distanță medie va progresa lent prin secvența principală, dacă distanța sa medie este un an ușor mai departe. În mod similar, stelele care sunt prea ușoare pentru a supraviețui într -o singură locație vor ține împreună dacă sunt puțin mai departe de gaura neagră supermasivă.
Există ceva în acest sens?
Marea precauție este că această lucrare nu privește decât aportul mediu de la anihilarea materiei întunecate. În realitate, o stea care ar putea fi nemuritoare la distanța sa medie va petrece probabil câțiva ani prea cald pentru a ține împreună, iar apoi câțiva ani răcind în condiții care ar trebui să permită fuziunea să domine. Ar fi frumos să vedem un model rulant cu acest tip de intrare pulsată, poate bazându -l pe orbitele unora dintre stelele pe care le -am văzut, care se apropie de gaura centrală centrală a Calea Lactee.
Între timp, John, Benede și Linden scriu că rezultatele lor sunt în concordanță cu unele dintre ciudățile care sunt evidente în stelele pe care le -am observat în centrul Galaxy. Acestea au două proprietăți distinctive: par mai grele decât vedeta obișnuită pe Calea Lactee și toate par a fi destul de tinere. Dacă există o „secvență principală întunecată”, atunci greutățile neobișnuite poate fi explicată pur și simplu prin faptul că stelele de masă inferioară ajung să se disipeze din cauza energiei suplimentare. Și modelul ar sugera că aceste stele par pur și simplu să fie tinere, deoarece nu au suferit multă fuziune.
Cercetătorii sugerează că am putea avea o imagine mai clară dacă am fi capabili să petrecem suficient timp observând stelele din miezul galaxiei noastre cu un telescop suficient de mare, permițându -ne să înțelegem natura și orbitele lor.
Recenzie fizică D, 2025. DOI: Nu este încă disponibil (Despre Dois)
John este editorul științific al ARS Technica. Are un licențiat în arte în biochimie de la Universitatea Columbia și un doctorat. în biologie moleculară și celulară de la Universitatea din California, Berkeley. Când se desparte fizic de tastatura sa, el tinde să caute o bicicletă sau o locație pitorească pentru comunicarea cu cizmele sale de drumeție.
