В самом сердце Млечного Пути происходят необычные вещи. Там, где должны пульсировать древние, выгорающие светила, сверкают молодые, будто только что родившиеся звезды. Учёные долго ломали голову над этой загадкой. Теперь у них есть дерзкое объяснение.
Центральная часть Галактики расположена в 26 тысячах световых лет от Земли. Этот регион отличается экстремальной плотностью как видимого, так и невидимого вещества. Там скапливаются миллионы звезд, газовые облака, пыль и, по расчетам, тёмная материя.
Именно в центре Млечного Пути астрономы столкнулись сразу с двумя аномалиями. Первая получила название "парадокс юности". Многие звёзды в этой области выглядят слишком молодыми для своих размеров. Свет, который они излучают, говорит об их юном возрасте, но масса указывает, что они должны быть гораздо старше. По законам физики, такие массивные светила должны были давно погаснуть.
Вторая аномалия — "парадокс старости". В центре Галактики учёные ожидали найти большое скопление очень старых звёзд, одних из первых в Млечном Пути. Но их там подозрительно мало. Вместо этого преобладают яркие и горячие объекты, словно они только начали свой звёздный путь.
Найти правдоподобное объяснение двум явлениям оказалось непросто. Это попыталась сделать международная команда астрономов под руководством Изабель Джон (Isabelle John) из Стокгольмского университета в Швеции. Учёные решили взглянуть на эту проблему с неожиданной стороны — через взаимодействие звёзд с тёмной материей.
Тёмная материя — гипотетическая невидимая субстанция, на долю которой приходится примерно 84 процента от всей энергии-массы Вселенной. Тёмная материя не светится, не отражает свет и не взаимодействует с другими частицами напрямую. Её можно обнаружить лишь по косвенным признакам: гравитационному влиянию на звёзды, галактики и космический микроволновой фон.
Джон и её коллеги построили компьютерную модель, которая показала, что тёмная материя может не просто существовать рядом со звёздами — она может проникать внутрь и менять их судьбу.
Согласно расчетам, гипотетические частицы тёмной материи при столкновении с атомными ядрами внутри звезды теряют энергию и там остаются. Такие частицы постепенно накапливаются и начинают аннигилировать — взаимно уничтожаться. При каждой аннигиляции высвобождается энергия, которая становится дополнительным источником света и тепла для звезды.
В обычных условиях звёзды сияют благодаря термоядерным реакциям. Они превращают водород в гелий, выделяя энергию. Но этот процесс конечен. Когда ядро звезды исчерпывает запас водорода, теряется устойчивый баланс между давлением излучения и гравитацией, и звезда покидает главную последовательность.
В ядре начинаются сжатие и разогрев, запускаются реакции горения водорода в оболочке вокруг ядра, из-за чего звезда расширяется и охлаждается — становится красным гигантом. Дальнейшая эволюция зависит от массы: маломассивные светила сбрасывают внешние оболочки и превращаются в белые карлики, а более массивные взрываются сверхновыми и образуют нейтронные звёзды или чёрные дыры.
Если же у звезды появляется второй источник энергии — например, тёмная материя, — «топливо» пополняется, что может замедлить старение светила или даже остановить его.
Джон полагает, что особенно эффективно этот процесс работает в центре нашей Галактики, где плотность тёмной материи чрезвычайно высока. Звёзды там могут захватывать и «перерабатывать» тёмную материю в энергию настолько эффективно, что это полностью компенсирует расход их обычного ядерного топлива. В теории такие звёзды могут получать энергию практически бесконечно. То есть, если расчеты верны, звёзды там могут существовать практически вечно.
Модель, построенная учёными, основана на простых и широко принятых предположениях о свойствах тёмной материи. Её результаты совпадают с предыдущими наблюдениями — в целом похожи на то, что учёные уже раньше видели. Однако для окончательного подтверждения гипотезы нужны новые данные.
Чтобы проверить, действительно ли звёзды могут «не стареть» из-за тёмной материи, астрономам предстоит собрать больше данных с телескопов и скорректировать свои расчеты, учитывая новые открытия. Только объединив более точные астрономические наблюдения с углубленным пониманием свойств тёмной материи, можно будет определить, действительно ли звёзды в сердце Млечного Пути обрели «вечную молодость».
Научная работа в журнале Physical Review D.