Wciąż wiemy o niej niezwykle mało, a jednak stanowi ona centralny punkt wielu naszych koncepcji dotyczących budowy Wszechświata. To ciemna materia. W nowych badaniach naukowcy sugerują, że ciemna materia może gromadzić się w bardzo gęstych wnętrzach gwiazd neutronowych.
Zgodnie ze standardowym modelem kosmologicznym, Wszechświat wypełniony jest znacznie większą ilością ciemnej materii niż materii barionowej, czyli tej zwykłej, znanej nam materii. Ta hipotetyczna substancja jest niewidoczna, nie emituje i nie odbija promieniowania świetlnego, dlatego bardzo trudną ją wykryć. Mimo lat poszukiwań istnienie ciemnej materii nie zostało potwierdzone. Naukowcy wciąż starają się dociec, jaka jest jej dokładna natura i co ją tworzy.
W nowych badaniach naukowcy sugerują, że ciemna materia może akumulować się w gwiazdach neutronowych. Gwiazdy neutronowe to niesamowicie gęste obiekty, które powstają po wybuchu supernowej masywnej gwiazdy. Są to jedne z najgęstszych obiektów we Wszechświecie i ustępują w tym względzie tylko czarnym dziurom. Badacze często używają dość wyraźnego porównania: łyżeczka materiału gwiazdy neutronowej ważyłaby na Ziemi około sześciu miliardów ton. Atomy wewnątrz gwiazdy neutronowej są tak mocno ze sobą związane, że zachowują się w sposób niespotykany nigdzie indziej.
Ciemnej materii nie da się w bezpośredni sposób zaobserwować. Nie wiemy, czy jest nieznanym wciąż rodzajem cząsteczek, czy też przemierzającymi kosmos falami. Jednakże uważa się, że jest obecna w całym Wszechświecie. Jedyne czym dysponujemy na potwierdzenie, że ciemna materia rzeczywiście istnieje, to różnego rodzaju dowody pośrednie. Jej istnienie zdradzają wywierane przez nią efekty grawitacyjne, przynajmniej w ten sposób naukowcy tłumaczą anomalie w rotacji galaktyk i ruchu galaktyk w gromadach. Widzialnej materii jest zbyt mało, aby można było wytłumaczyć zachodzące w tych przypadkach efekty.
Jednak jedna rzecz w kontekście ciemnej materii wydaje się wiadoma: musi ona „dysponować” siłami grawitacyjnymi, a zatem moglibyśmy spodziewać się jej obecności zwłaszcza tam, gdzie istnieją silne pola grawitacyjne. Naturalnym podejrzanym byłyby tu zatem czarne dziury, ale z oczywistych względów zgromadzonej tam czarnej materii nie bylibyśmy w stanie zbadać.
Uczeni poszukali nieco łatwiejszego celu - pozostałości gwiazd, w postaci chociażby gwiazd neutronowych. Są one nieprawdopodobnie gęste. W porównaniu do Ziemi aż 100 bilionów razy gęstsze. Nic więc dziwnego, że dysponują niezwykle silnym polem grawitacyjnym, które jest nawet w stanie sprawić, że światło będzie krążyć wokół nich.
I to właśnie wokół gwiazd neutronowych mogłaby również znajdować się ciemna materia. Lub wewnątrz nich. Interesujący byłby zwłaszcza jej potencjalny wpływ na taką gwiazdę. Przykładowo jej cząsteczki wchodząc ze sobą w interakcję mogłyby czasem doprowadzać do uwolnienia pewnej porcji energii. Natomiast przy niezwykle dużej koncentracji ciemnej materii w omawianym miejscu moglibyśmy się spodziewać, że mogłoby w ten sposób dojść do takiego nagromadzenia energii, ciepła, które byłoby w stanie wpłynąć na wewnętrzną dynamikę takich gwiazd.
Jeżeli cząsteczki skumulowanej ciemnej materii zderzą się w powyższych okolicznościach z „normalnymi”, może dojść również do skumulowania się energii w samej gwieździe. Ta z kolei, podgrzewając w ten sposób gwiazdę do ekstremalnego poziomu może wywołać niekontrolowaną jądrową reakcję łańcuchową. Ostatecznie może spowodować „superwybuch”: zdetonować gwiazdę, fizycznie ją unicestwiając. Jeżeli ciemna materia będzie akumulować się w jej jądrze, stale zwiększając jego masę, to z kolei może stać się przyczyną implozji, która zamieni gwiazdę w czarną dziurę pochłaniającą to, co jeszcze z tej gwiazdy pozostało.
Opis i rezultaty badań wkrótce ukażą się na łamach pisma „Physics Reports”, a obecnie można się z nimi zapoznać w bazie pre-printów arHiv (DOI: 10.48550/arXiv.2307.14435).
Źródło: Live Science, fot. NASA/JPL-Caltech
