Группа учёных из Великобритании и США провела моделирование ранее неизвестного класса космических объектов, получивших название «тёмные карлики». В определённых условиях несостоявшиеся звёзды — коричневые карлики — могут вобрать в себя достаточное количество тёмной материи, чтобы поддерживать бесконечный процесс тления, оставаясь тусклыми, но при этом довольно горячими. Моделирование подсказало, где следует искать этих таинственных объектов.
Источник изображения: Durham University
Исследование проведено под руководством физиков из Университета Дарема (Durham University, Великобритания) и опубликовано в журнале Journal of Cosmology and Astroparticle Physics (JCAP). Астрофизиков интересовал вопрос обнаружения частиц тёмной материи, которая слабо взаимодействует с обычным веществом — исключительно посредством гравитации. По этой причине науке до сих пор не удалось зарегистрировать такие частицы в естественной среде, и даже диапазон их возможных масс остаётся неизвестным.
Один из рассматриваемых вариантов предполагает, что частицы тёмной материи могут быть достаточно массивными — их называют «вимпами» (WIMP, Weakly Interacting Massive Particles, или по-русски — слабо взаимодействующие массивные частицы). Британские астрофизики рассчитали условия, при которых возможно образование тёмных карликов с участием вимпов. Модели показали, что коричневые карлики в центре Млечного Пути, где концентрация тёмной материи должна быть особенно высокой, способны накапливать эти частицы.
Коричневые карлики не обладают достаточной массой для запуска термоядерной реакции синтеза и не становятся полноценными звёздами. Однако в областях с высокой плотностью тёмной материи они могут вобрать её в достаточном количестве, чтобы получать энергию от аннигиляции вимпов — процесса их столкновения и взаимного уничтожения. Эта энергия способна бесконечно поддерживать тление, превращая такой объект в тёмного карлика.
Отличить тёмного карлика от коричневого или других тусклых звёзд можно по наличию в его спектре изотопа литий-7. В обычных звёздах, включая коричневые карлики, литий-7, как правило, уничтожается, тогда как в тёмных карликах он должен сохраняться. Космический телескоп «Джеймс Уэбб» способен проводить подобные спектральные наблюдения, отмечают учёные, и его следует направить также на поиск тёмных карликов в центре нашей галактики. Открытие хотя бы одного такого объекта мгновенно укажет на характеристики тёмной материи, что станет одним из важнейших достижений современной физики.