Будущее Солнца открывает двери к загадочной физике и пониманию темной материи: что мы уже узнали.

Исследователи проанализировали 26 000 белых карликов, которые часто называют мертвыми звездами, и подтвердили давно существующую теорию о том, что чем выше их температура, тем более раздутыми становятся их внешние слои. Хотя это открытие может показаться незначительным, понимание структуры белых карликов может оказаться важным для изучения темной материи и возможного открытия новых физических закономерностей. Результаты исследования опубликованы в The Astrophysical Journal, сообщает Space.

Белый карлик — будущее Солнца

Белые карлики представляют собой ядра мертвых звезд, таких как Солнце, у которых закончилось водородное топливо для поддержания жизнедеятельности. Примерно через 5 миллиардов лет Солнце также станет белым карликом. Эти мертвые звезды имеют размеры, сопоставимые с планетой Земля, но их масса равна массе Солнца. Это означает, что они являются чрезвычайно плотными объектами.

Белые карлики формируются с очень высокой температурой, достигающей 100 000 градусов Цельсия. Ничего удивительного в том, что эти мертвые звезды так горячие, ведь они представляют собой ядро умершей звезды и подверглись гравитационному сжатию после прекращения выработки энергии. Со временем белые карлики постепенно остывают.

Подтверждение теории

Минимальный размер белого карлика определяется так называемым давлением вырождения электронов. Внутри белого карлика электроны могут быть сжаты только до тех пор, пока квантово-механические эффекты не воспрепятствуют их дальнейшему уплотнению.

Максимальный размер белого карлика зависит от его массы: чем тяжелее мертвая звезда, тем она больше, а также от температуры. Теория предсказывает, что чем горячее белый карлик, тем более раздутыми должны быть его внешние слои. Теперь астрономы впервые подтвердили, что эта теория верна.

Астрономы исследовали гравитационное красное смещение света, исходящего от 26 000 белых карликов в нашей галактике Млечный Путь. Гравитационное красное смещение — это эффект, возникающий из-за того, что масса белого карлика искривляет пространство вокруг себя, согласно общей теории относительности Эйнштейна. Это приводит к тому, что длина волны света белого карлика растягивается.

Меньшие белые карлики имеют более сильное гравитационное красное смещение, так как их гравитация мощнее, чем у более крупных мертвых звезд. Астрономы установили, что наблюдаемые гравитационные красные смещения действительно соответствуют теории. Это означает, что более горячие белые карлики будут более пухлыми, даже если их масса такая же, как у более холодных белых карликов.

Новая физика и темная материя

Полученные результаты имеют гораздо большее значение для понимания всей Вселенной. По словам авторов исследования, белые карлики являются одними из наиболее изученных звезд с экстремальной физикой, и их можно использовать для проверки теорий классической физики или для поиска новой фундаментальной физики. Также это может помочь в понимании природы темной материи.

На протяжении многих десятилетий ученые считали, что темная материя состоит из частиц, известных как WIMP или слабо взаимодействующие массивные частицы. Однако WIMP не удалось обнаружить, и поэтому ученые предположили, что темная материя может состоять из гипотетической частицы под названием аксион.

Считается, что в галактике, окруженной гало темной материи, квантовые характеристики приведут к тому, что аксионы распределятся так, что это распределение будет иметь пики и впадины, каждый из которых простирается на тысячи световых лет.

Если два или более белых карликов находятся в одном из пиков аксионов, то темная материя может изменить внутреннюю структуру этих мертвых звезд. Это может привести к неожиданным изменениям температуры, массы или гравитационного красного смещения белого карлика. Эти изменения можно будет зафиксировать, что укажет на влияние темной материи и ее состав, считают ученые.