Utjecaj tamne tvari na neutronske zvijezde

Jedna od ključnih nepoznanica u istraživanju tamne tvari jest pitanje njezinih međusobnih interakcija. Iako trenutno ne razumijemo u potpunosti prirodu tamne tvari, postoji nekoliko teoretskih modela koji raspravljaju o njezinim mogućim svojstvima. Prema nekima, tamna tvar djeluje isključivo gravitacijski, dok drugi modeli predviđaju da čestice tamne tvari mogu ulaziti u sudare, grupirati se i raspadati na vidljive čestice. Takve interakcije posebno bi mogle biti izražene u objektima s iznimno jakim gravitacijskim poljima poput crnih rupa, neutronske zvijezde i bijelih patuljaka, što bi moglo značajno utjecati na njihovu promatranu karakteristiku.

Studija objavljena na otvorenom serveru arXiv bavi se utjecajem tamne tvari na neutronske zvijezde, koje su sastavljene od najgušće materije u svemiru. Za razliku od crnih rupa, neutronske zvijezde ne zadržavaju zračenje tamne tvari iza horizonta događaja, čime pružaju jedinstvenu priliku za istraživanje modela tamne tvari. Istraživački tim se u ovoj studiji fokusirao na kvantificiranje količine tamne tvari koju neutronska zvijezda može zarobiti i kako bi interakcija tamne tvari mogla utjecati na njezinu temperaturu.

Različiti modeli tamne tvari

Detalji studije variraju ovisno o korištenom modelu tamne tvari. Umjesto da se posvećuje specifičnim varijantama, tim je istražio opće karakteristike interakcija između tamne tvari i bariona (protona i neutrona), istražujući mogućnosti zarobljavanja tamne tvari unutar neutronske zvijezde. Rezultati ukazuju na to da, ovisno o prirodi interakcije barion-tamna tvar, neutronske zvijezde mogu učinkovito zarobiti tamnu tvar. Nadalje, tim je analizirao proces termalizacije tamne tvari unutar zvijezde, gdje bi tamna tvar pri hvatanju oslobađala toplinsku energiju kroz sudare i procese anihilacije. Očekuje se da bi s vremenom tamna tvar i neutronska zvijezda dostigle termalnu ravnotežu.

Brzina postizanja termalne ravnoteže ovisi o intenzitetu međudjelovanja čestica, odnosno presjeku raspršenja. Prema istraživanjima, termalna ravnoteža može se postići iznenađujuće brzo. U osnovnim modelima, ravnoteža je moguća unutar 10.000 godina, dok složeniji vektorski modeli predviđaju postizanje ravnoteže već nakon samo godinu dana. Neovisno o modelu, neutronske zvijezde mogu postići termalnu ravnotežu u što se u astrofizičkom kontekstu može smatrati trenutkom. Ako se ovi modeli pokažu točnima, tamna tvar bi mogla imati značajnu ulogu u evolucijskom procesu neutronske zvijezde. Primjerice, prisutnost tamne tvari mogla bi se identificirati promatranjem neutronske zvijezde s višom temperaturom od očekivane, ili čak razlikovanjem među modelima tamne tvari temeljem njihovog spektralnog otiska na neutronske zvijezde