By 
Що станеться із зіркою, якщо вона опиниться всередині щільної хмари темної матерії? Автори нового дослідження вважають, що її еволюція може йти назад. Змоделювавши розвиток такої популяції світил, вчені описали нову «головну темну послідовність». Найдивовижніше, що їхню гіпотезу можна перевірити — треба лише придивитися до центру Чумацького Шляху.
Згідно із загальноприйнятими моделями, зірки не можуть формуватися в межах 0,3 світлового року (0,1 парсека) від надмасивної чорної діри Чумацького Шляху, де літають так звані S-зірки. Отже, вони мігрували до цієї області вже після народження. Проблема у їхньому віці, вони молодші 15 мільйонів років. До того ж у їхньому спектрі є риси більш дорослих зірок. Незвичайно і те, що серед S-зірок забагато масивних світил. Одночасно дорослих зірок на околицях центру Галактики надто мало.
Незважаючи на безуспішні спроби знайти темну матерію в диску Чумацького Шляху та інших подібних галактик, деякі астрономи припускають, що вона там все ж таки присутня. Причому, за їхніми розрахунками, у центрі Галактики її щільність має бути досить високою, щоби впливати на внутрішні процеси зірок.
Автори нової роботи, викладеної у відкритий доступ на сайті arXiv, вперше описали, як виглядатиме популяція зірок, «зачеплена» темною матерією. Використовуючи результати попередніх досліджень, вони змоделювали еволюцію таких об’єктів. За результатами вчені збудували діаграму нової «темної головної послідовності».
Зірки еволюціонують за відомими сценаріями. Вони стійкі, поки спрямована всередину сила тяжіння врівноважується енергією від нуклеосинтезу, спрямованої назовні. Їхня світність, температура і радіус взаємопов’язані. Саме це відбиває знаменита діаграма Герцшпрунга — Рассела. Тим часом у молодому Всесвіті та в областях з високою концентрацією темної матерії анігіляція цієї матерії може бути значним додатковим джерелом енергії.
У новій роботі вчені змоделювали еволюції двох популяцій зірок масою від однієї до 10 сонячних мас, що розвиваються без участі та за участю темної матерії. Вплив темної матерії враховувалося вже після формування тіла, коли ця «готова» зірка опинялася в гіпотетичній хмарі темної матерії на околицях центру Галактики.
Дослідники з Центру фізики космічних частинок імені Оскара Клейна (Швеція) та Інституту астрофізики частинок та космології імені Кавлі (США) вивели чотири сценарії еволюції зірок під впливом темної матерії. У першої групи анігіляція темної матерії замінює лише частину нуклеосинтезу. Водень у них переробляється повільніше, розвиток уповільнюється. Тривалість їхнього життя може бути в десятки і сотні разів більша, ніж у «звичайних» зірок.
Друга група через розмаїття темної матерії, що потрапила в них, «застряє» на еволюційному треку Хеньї. Звичайні зірки проходять цей шлях швидко: стискуються, «розпалюють» у собі нуклеосинтез і виходять на головну послідовність. У присутності великої кількості темної матерії навіть зірки, що вже вийшли на головну послідовність, можуть загасити свій нуклеосинтез настільки, що повертаються на трек Хеньї. Теоретично такі зірки повинні жити дуже довго, але автори роботи змоделювали лише 10 мільярдів років.
Третя група «застряє» на еволюційному треку Хаясі, де знаходяться зірки, в яких ще не запустився нуклеосинтез. Звичайні зірки виходять із нього на трек Хеньї, або стають коричневими карликами. Анігіляція темної матерії у цих зірках повністю замінює нуклеосинтез, і світила виходять на трек Хеньї без «горіння водню». Такі зірки виглядають молодими, але мають риси старих зірок, які «пережили» нуклеосинтез. Вони безсмертні.
Нарешті, зірок четвертої групи темна матерія «звертає» еволюцію назад. Можливо, навіть перетворює їх на хмари газу. На околицях центру Чумацького Шляху є подібні тіла — так звані G-об’єкти, схожі на щільні ядра, оточені хмарою газу.
На діаграмі таких зірок – «темній головній послідовності», як її назвали автори, – помітні три особливості. По-перше, велика кількість масивних зірок на головній послідовності, тому що всі маломасивні зірки змінюють свої траєкторії еволюції через помітніший вплив на них темної матерії. По-друге, велика кількість зірок на треку Хаясі, тому що вони «безсмертні». По-третє, безліч масивних світил на треку Хеньї. Загалом така гіпотеза добре описує деякі особливості відомих космічних тіл поблизу центру Галактики.
Підтвердити ці припущення можна за допомогою детальних спостережень за об’єктами поблизу галактичного центру. Можливо, багато описаних зірок просто відсіваються в ході спостережень. Наприклад, світила на треку Хаясі можуть бути досить холодними та не потрапляти у вибірки. Автори нової роботи впевнені, що такі «втрачені» зірки можна знайти за допомогою комплексу телескопів VLT та обсерваторії Кека, якщо налаштувати параметри пошуку. Нове покоління телескопів дозволить провести повноцінні спостереження.
Comments