В нашей быстро расширяющейся Вселенной жизнь звезд идет по изношенным путям: они плавят водород, а затем гелий, а затем увеличиваются в размерах, пока не исчерпают свое ядерное топливо и не разрушатся, больше не в силах противостоять силе гравитации.
Но некоторые звезды в самой внутренней области нашего Млечного Пути, очень близко к галактическому центру, могут прокладывать свой собственный путь, демонстрируя странные свойства, которые не соответствуют нашей стандартной картине звездной эволюции.
Новое исследование предполагает, что эти аномалии могут быть вызваны в основном темной материей, а не ядерным синтезом – при этом темная материя «пополняет» звезды и делает их практически древними по сравнению с ними. Исследование было опубликовано на сервере препринтов arXiv.
Используя компьютерную модель звездной эволюции, исследователи из Стокгольмского университета в Швеции и Стэнфордского университета в Калифорнии смоделировали популяцию звезд, вращающихся вокруг галактического центра Млечного Пути, сравнив, как они развивались с инъекцией темной материи и без нее.
Их модель предсказывает существование нового класса тяжелых звезд, которые поддерживаются «горящими» не только за счет небольшого слияния атомных ядер, но и за счет аннигиляции «фактически бесконечного» запаса частиц темной материи, сталкивающихся с антиматерией.
Эта экзотическая реакция, высвобождая горячую массу фотонов и электронов, может создать достаточное давление, чтобы остановить коллапс звезды, потенциально в 100 раз превышающий время жизни более типичной звезды, что делает ее практически бессмертной.
«В самой внутренней Галактике плотность темной материи достаточно высока для того, чтобы ее аннигиляция существенно заменила ядерный синтез в качестве источника звездной энергии, позволяя звездам оставаться вечно молодыми, несмотря на их преклонный возраст», — поясняет Изабель Джон из Стокгольмского университета.
Галактический центр Млечного Пути чрезвычайно яркий, поэтому эту область очень трудно визуализировать, а звезды там кажутся моложе, чем можно было бы предположить по их спектроскопическим характеристикам.
Эта молодость указывает на то, что они сформировались локально, а не пришли откуда-то еще. Тем не менее, наши текущие модели звездообразования предполагают, что звезды не могут сливаться в пределах трети светового года от центральной черной дыры , что представляет собой загадку номер один.
Рядом с центром галактики также мало старых и развитых звезд, а звездное население на удивление тяжелое и состоит из большего количества звезд с большой массой, чем внешние области галактики. Эти внутренние звезды также неожиданно быстро движутся вокруг галактического центра. Загадки два, три и четыре.
Джон и ее коллеги предполагают, что объяснение всей этой странности может заключаться в темной материи. Темная материя — одно из самых неуловимых веществ в нашей Вселенной, невидимая масса, которая никогда не была обнаружена напрямую, но считается, что она способствует избыточной гравитации, необходимой для удержания быстро движущихся галактик вместе.
Включив влияние темной материи в свои модели звездной эволюции, Джон и его коллеги предсказывают, что вблизи галактического центра может существовать новый класс звезд с «поразительными различиями», которые ставят их за пределы так называемых звезд главной последовательности.
Звезды главной последовательности, самый распространенный тип звезд во Вселенной, находятся в толстой полосе диаграммы Герцпрунга-Рассела, которая отображает траектории жизни звезд с учетом их стартовых масс, яркости и температуры.
Моделирование Джон предполагает, что к этому графику, возможно, придется добавить новую ветвь звезд: звезды с большей массой (в пять или более массивных, чем наше Солнце), которые аккумулируют темную материю из практически бесконечного запаса и горят при более низких температурах при такой же яркости, как у звезд главной последовательности.
«Плотность темной материи в этих звездах постоянно пополняется, давая этим звездам бессмертие и решая многочисленные звездные аномалии», — пишут исследователи.
Хотя их моделирование предполагает появление новой популяции звезд, на которую наши телескопы могли бы нацелиться в поисках признаков работы темной материи, из-за огромной яркости галактического центра их будет трудно наблюдать.
«На сегодняшний день количество известных звезд во внутреннем парсеке [Млечного Пути] ограничено, и необходимо больше звезд, чтобы надежно обнаружить любое влияние темной материи», — отмечает команда.
Другое исследование, опубликованное ранее в этом году, также предложило альтернативное объяснение того, почему звезды вблизи центра нашей галактики выглядят такими молодыми, предполагая, что они омолаживают себя не с помощью темной материи, а с помощью водорода, полученного от своих соседей.
