Как темная материя влияет на сверхновые, захватывающие электроны, и на рождение нейтронных звезд

Ученые из Пизы предложили неожиданный способ заглянуть в темные глубины Вселенной — буквально через взрывы звезд.

Новое исследование, опубликованное в Journal of High Energy Astrophysics, показывает, что темная материя может менять ход редкого типа звездных катастроф — электрон-захватных сверхновых — и рождать необычно легкие нейтронные звезды.

Электрон-захватные сверхновые (ECSN) происходят у звезд с массой около 8–10 солнечных. Их ядра из кислорода, неона и магния становятся нестабильными, когда электроны начинают поглощаться ядрами неона и магния. Потеря электронного давления запускает коллапс — и звезда взрывается, оставляя после себя нейтронную звезду.

Команда под руководством Игнацио Бомбаччи и Доменико Скордино из INFN-Пизы применила двухфлюидную модель, где обычная материя и темная взаимодействуют только через гравитацию. Они предположили, что если в ядре звезды накапливается даже небольшое количество асимметричной темной материи (ADM), это изменяет баланс сил и ускоряет коллапс.

По расчетам, темная материя может заставить бело-карликовое ядро схлопнуться при меньшей массе, чем обычно требуется. В результате взрыв становится слабее, а рождающаяся нейтронная звезда — легче стандартных. Возможны объекты массой меньше одного солнечного, что противоречит всем наблюдениям до сих пор — минимальная зафиксированная масса нейтронной звезды составляет 1,174 солнечной массы.

Исследователи использовали уравнения общей теории относительности для описания двух жидкостей — обычного вещества и холодного фермионного газа, моделирующего темную материю. Численные решения показали: чем больше ADM в недрах звезды, тем плотнее ее структура и тем меньше энергии выделяется при взрыве.

Это открывает возможность существования «немощных» сверхновых и крайне легких нейтронных звезд — возможных сигнатур присутствия темной материи. Такие находки могли бы стать косвенным доказательством ее влияния на эволюцию звезд.

Авторы подчеркивают: звезды могут служить естественными лабораториями для изучения свойств темной материи. В будущем команда планирует учитывать более реалистичные составы белых карликов и тестировать свои предсказания с помощью наблюдений в электромагнитном и гравитационно-волновом диапазонах.

Если гипотеза верна, то когда-то самые слабые вспышки на небе могут оказаться самым ярким доказательством существования невидимой составляющей Вселенной.