'中子星中暗物质的捕获和消灭将提供一个加热来源,阻止恒星真正变得寒冷。''

（(左)中子星(右)艺术家对暗物质分布的印象）

科学家们认为,一些由已知宇宙中最密集的物质--所谓的'中子星'--制成的死星,可以作为暗物质粒子的陷阱,这些暗物质粒子以很高的速度粉碎并相互消灭。船员们说,反过来,毁灭过程很可能从内向外加热死星。

一般来说, 暗物质 对研究人员来说是个有问题的问题,因为尽管它占了宇宙中85%的物质,但它实际上是不可见的,因为它与宇宙中的物质没有相互作用。 轻的 .暗物质似乎也不会与由质子、中子和电子组成的'普通物质'相互作用,或者,如果是这样,这些相互作用是罕见和微弱的。我们从没见过他们。这就提出了一个有趣的问题:暗物质是否与自身相互作用?  

墨尔本大学的理论物理学家妮可贝尔,对正常物质中发生的暗物质自作用感兴趣,当电子和它的反粒子正电子相遇并消灭,从而释放能量。暗物质是电中性的,这意味着无论什么粒子构成物质理论上也可能有它们自己的反粒子。就像正常物质毁灭一样,当暗物质粒子相遇时, 暗物质灭绝 应该发生--而且 中子星 可能是这种互动的理想极端环境。 

'消灭是指粒子和反粒子相互碰撞并相互摧毁。'如果暗物质是它自己的反粒子,就会发生这种情况,这在研究最广泛的暗物质模型中通常被认为是这样的,'贝尔说。'中子星中暗物质的捕获和消灭将提供一个加热来源,阻止恒星真正变得寒冷。''

这意味着,如果中子星可以充当'暗物质陷阱',那么它们就可以发出热信号。如果可以探测到这一点,中子星可以充当基本的'暗物质探测器',这将帮助科学家寻找这种有效的隐形物质形式。

如何捕捉暗物质

中子星诞生时,恒星的质量至少是太阳所需燃料供应量的八倍。 核聚变 在它的核心发生。这结束了由辐射压力驱动的外力,辐射压力支持恒星对抗其自身引力的内力已经有几百万,有时数十亿年之久。

结果,恒星的核心崩溃,发出冲击波 超新星 .这个冲击波吹走了垂死的恒星的外层和大部分的质量,留下了一个质量为太阳1到两倍的质量核心,这个质量核心已经坍塌到12英里(20公里)的宽度。

把相当于50多万地球的质量压碎成一个可以坐在芝加哥市内的物体自然会对这个恒星核心产生极端的影响。它的力量 电子 和 质子 一起创造一个 中子 它们通常只存在于原子的心脏。构成中子星的中子海是如此密集,以至于只要一汤匙中子被带到地球,它就会超过10亿吨。与珠穆朗玛峰的重量差不多。 

中子星就是这样由 已知宇宙中最密集的物质 这也是为什么科学家认为他们的引力影响足够大,足以捕获暗物质--尽管暗物质与光和物质之间缺乏相互作用,但暗物质确实与重力发生了相互作用。 

贝尔解释说暗物质的毁灭被认为经常发生在 138亿年前的宇宙 它还不到第二年,但被认为在当今宇宙中很少发生。唯一的例外是在有大量暗物质的区域。 

而且,如果暗物质确实能够在中子星的内部积累,贝尔和他的同事们发现,这将提供精确的暗物质丰富的环境,从而允许它在古老的宇宙中消灭。

贝尔说:'你可能会在一个小区域中发现大量的暗物质,足以使这些恒星中发生大量的暗物质毁灭。' 

贝尔补充说,在 暗物质实验 在地球上的实验室里,科学家们寻找暗物质粒子与普通物质相互作用的信号,但是中子星在这方面有着天然的优势。

'在实验室里,我们正在寻找暗物质粒子和原子核之间的碰撞,'她说。'但如果这种情况发生,那么暗物质也必须能够与中子星中的中子和质子碰撞。中子星有一个 分配 中子。'

除此之外,贝尔在调查中子星和暗物质时惊奇地发现,中子星的巨大引力可能会创造另一种条件,使这些死星中暗物质粒子的自作用更加可能。

贝尔说:'暗物质进入中子星时,加速到接近光速的速度。''这是有用的,因为它可以提高相互作用的速度,可能使我们能够探索某些类型的暗物质相互作用,在地球上的实验中几乎是看不到的。'

暗物质毁灭释放 热能量 研究小组还研究了中子星和它们捕获的暗物质达到'热平衡'状态需要多长时间。'这是两种物质达到同一温度的地方,热不再在它们之间流动。

这项研究表明,一个暗物质饱和中子星在不超过1万年的时间内可以达到热平衡,短至一年,这取决于所使用的模型。从宇宙的角度看,这仅仅是眨眼。

为了验证这个理论,研究人员需要测量中子星的温度。发现这些极端的死星的温度比预期的要高,就会发现暗物质粒子在它们的内部确实正在毁灭。然而,这样的发现并不意味着什么,因为只有更老的和更冷的中子星才会发射出不被其他光淹没的热辐射。这将需要人类有史以来最强大的太空观测仪器:詹姆斯韦伯太空望远镜。

'我们最感兴趣的中子星是非常冷的恒星,这是很难看到的,'贝尔补充说。'这些恒星的温度将导致近红外辐射,这可能是可以看到的詹姆斯韦伯空间望远镜(JWST)。'

缺乏对中子星的了解可能意味着,当像太阳这样的更小的恒星死亡时,这种暗灭模式可能更容易测试留下的恒星残余类型:白矮星。 

中子星由于其极高的密度,对捕捉暗物质是有好处的。但它们也是相对较少了解的恒星,'贝尔总结道。'类似的想法可以应用于我们更了解的其他恒星,比如白矮星。'

如果理论证明是正确的,它不仅会照亮暗物质,还会帮助科学家更好地理解中子星的演化。