Майбутня версія Сонця – це ключ до невідомої фізики та розуміння темної матерії: що вже відомо.

Вчені вивчили 26 000 білих карликів, які інколи називають мертвими зірками, і довели давно існуючу теорію про те, що чим вони гарячіші, тим більш роздуті їхні зовнішні шари. Хоча це відкриття може здаватися незначним, розуміння структури білих карликів може стати ключем до розуміння темної матерії та можливого відкриття нової фізики. Дослідження опубліковане в The Astrophysical Journal, пише Space.

Білий карлик — майбутня версія Сонця

Білі карлики є ядрами померлих зірок, таких як Сонце, в яких закінчилося водневе паливо для підтримки життя. Приблизно через 5 млрд років Сонце також стане білим карликом. Ці мертві зірки мають розмір приблизно з планету Земля, але їхня маса порівнянна з масою Сонця. Це означає, що це надзвичайно щільні об'єкти.

Білі карлики виникають з дуже високою температурою, яка досягає 100 000 градусів Цельсія. Те, що ці мертві зірки є такими гарячими, не дивно, адже вони представляють ядро померлої зірки і зазнали гравітаційного стиснення, коли перестали виробляти енергію. З плином часу білі карлики поступово охолоджуються.

Доказ теорії

Мінімальний розмір білого карлика контролюється так званим тиском виверження електронів. Усередині білого карлика електрони можуть бути стиснуті разом лише доти, поки квантово-механічні ефекти не завадять їм ущільнитися ще більше.

Максимальний розмір білого карлика залежить від його маси, тобто чим масивніша мертва зірка, тим вона більша, а також від температури. Теорія передбачає, що чим гарячіший білий карлик, тим більш роздутими повинні бути його зовнішні шари. Тепер астрономи вперше довели, що ця теорія вірна.

Астрономи вивчили гравітаційне червоне зміщення світла, що походить від 26 000 білих карликів у нашій галактиці Чумацький Шлях. Гравітаційне червоне зміщення — це ефект, який виникає через те, що маса білого карлика викривляє простір навколо себе, відповідно до загальної теорії відносності Ейнштейна. Це призводить до того, що довжина хвилі світла білого карлика розтягується.

Менші білі карлики мають сильне гравітаційне червоне зміщення, оскільки їхня гравітація сильніша, ніж у мертвих зірок більшого розміру. Астрономи з'ясували, що спостережувані гравітаційні червоні зміщення дійсно відповідають теорії. Тобто більш гарячі білі карлики будуть більш пухкими, навіть якщо вони мають ту ж масу, що й більш холодні білі карлики.

Нова фізика і темна матерія

Отримані результати насправді мають набагато більше значення для розуміння всього Всесвіту. За словами авторів дослідження, білі карлики є одними з найкраще вивчених зірок з екстремальною фізикою, а тому їх можна використовувати для перевірки теорій класичної фізики або ж для виявлення нової фундаментальної фізики. А також для розуміння природи темної матерії.

Протягом багатьох десятиліть вчені вважали, що темна матерія є частинкою під назвою WIMP або слабо взаємодіючою масивною частинкою. Але WIMP знайти не вдалося, тому вчені вирішили, що темна матерія є ще однією гіпотетичною частинкою під назвою аксион.

Вважається, що в галактиці, заповненій гало темної матерії, квантові характеристики призведуть до такого розташування аксионів у цьому гало, що це розподіл матиме піки і западини, кожен з яких простягається на тисячі світлових років.

Якщо два або більше білих карликів знаходяться в одному з піків аксіона, то темна матерія може змінити внутрішню структуру цих мертвих зірок. Це може призвести до несподіваних змін температури, маси або гравітаційного червоного зміщення білого карлика. Ці зміни можна виявити, що вказуватиме на вплив темної матерії та того, з чого вона складається, вважають вчені.