В нашей быстро расширяющейся Вселенной жизнь звезд идет по известным сценариям путям: они сжигают водород, а затем гелий, затем увеличиваются в размерах, пока не исчерпают своё ядерное топливо и разрушатся, не в силах противостоять силе гравитации.
Однако некоторые звёзды в самой внутренней области нашего Млечного Пути, близко к галактическому центру, могут прокладывать собственный путь эволюции, демонстрируя странные свойства, которые не соответствуют стандартной картине звёздной эволюции.
Новое исследование предполагает, что эти аномалии могут быть вызваны в основном тёмной материей, а не ядерным синтезом – причём эта тёмная материя «пополняет» звёзды и делает их практически бессмертными.
Используя компьютерную модель звездной эволюции, исследователи из Стокгольмского университета в Швеции и Стэнфордского университета в Калифорнии смоделировали популяцию звёзд, вращающихся вокруг галактического центра Млечного Пути, сравнив, как они развивались с учётом вклада тёмной материи и без него.
Их модель предсказывает существование нового класса тяжелых звёзд, которые поддерживают «горение» не только за счёт слияния атомных ядер, но и за счёт аннигиляции «фактически бесконечного» запаса частиц тёмной материи, сталкивающихся с антиматерией.
Эта экзотическая реакция, высвобождая массу фотонов и электронов, может создать достаточное давление, чтобы остановить коллапс звезды, потенциально в 100 раз превышающий время жизни более типичной звезды, что делает её практически бессмертной.
«Во внутренней Галактике плотность тёмной материи достаточно высока для того, чтобы её аннигиляция существенно заменила ядерный синтез в качестве источника звёздной энергии, позволяя звёздам оставаться вечно молодыми, несмотря на их преклонный возраст», — Изабель Джон, аспирантка астрофизики Стокгольмского университета и её коллеги пишут в своей работе.
Галактический центр Млечного Пути чрезвычайно яркий, поэтому эту область трудно визуализировать, а звёзды там кажутся моложе, чем можно было бы предположить по их спектроскопическим характеристикам. Это указывает на то, что они сформировались локально, а не были захвачены гравитацией центра Млечного Пути. Однако текущие модели звездообразования предполагают, что звёзды не могут слиться в пределах трети светового года от центральной чёрной дыры.
Рядом с центром галактики также мало старых звёзд, а звёздное население состоит из большего количества звёзд с большой массой, чем внешние области галактики. Эти внутренние звёзды также необычно быстро движутся вокруг галактического центра, что представляет ещё одну загадку для астрофизиков.
Джон и её коллеги предполагают, что объяснение может заключаться в тёмной материи. Тёмная материя — одно из самых неуловимых веществ во Вселенной, напрямую не обнаруженная, но, как полагают, создающая избыточную гравитацию, необходимую для удержания быстро движущихся галактик вместе.
Включив влияние тёмной материи в свои модели звёздной эволюции, Джон и её коллеги предсказывают, что вблизи галактического центра может существовать новый класс звёзд с «поразительными различиями», которые ставят их за пределы звёзд главной последовательности. Звёзды главной последовательности — самый распространённый тип звёзд во Вселенной.
Моделирование Джона и ее коллег предполагает, что к диаграмме Герцпрунга-Рассела, которая отображает траектории жизни звёзд с учётом их стартовых масс, яркости и температуры возможно, необходимо добавить новую ветвь: звёзды с большей массой (по крайней мере в пять раз более массивных, чем наше Солнце), которые аккумулируют тёмную материю из практически бесконечного запаса и горят при более низких температурах, имею такую же яркость, как у звёзд главной последовательности.
«Плотность тёмной материи в этих звёздах постоянно пополняется, давая им "бессмертие" и отвечая многочисленные наблюдаемые аномалии», — пишет команда. Хотя их моделирование предполагает появление новой популяции звёзд, на которую можно было бы нацелить телескопы в поисках признаков тёмной материи, из-за яркости галактического центра их будет трудно наблюдать.
«На сегодняшний день количество известных звёзд во внутреннем регионе Млечного Пути ограничено, необходимо больше наблюдений звёзд, чтобы надёжно обнаружить влияние тёмной материи», — отмечает команда.
Другое исследование, опубликованное ранее в этом году, предложило альтернативное объяснение того, почему звёзды вблизи центра нашей галактики выглядят такими молодыми, предполагая, что они «омолаживают» себя не за счёт тёмной материи, а за счёт водорода, поглощаемого ими от своих соседей.