Белые карлики не выдали темную материю: они остывают без участия аксионов

Аксион — гипотетическая элементарная частица, предложенная еще в XX веке. Со временем выяснилось, что аксионы хорошо подходят на роль темной материи: они почти не взаимодействуют с обычным веществом, могли образоваться в огромном количестве еще в ранней Вселенной и просуществовать миллиарды лет и немного влияют на движение звезд своей гравитацией. 

Но по той же причине поймать такие частицы напрямую крайне сложно, поэтому физики ищут их косвенно — по тому, как они могли бы влиять на астрофизические объекты.

Белые карлики — это плотные ядра умерших звезд. Они больше не вырабатывают энергию и просто медленно остывают миллиарды лет. То, как белые карлики теряют тепло, астрономы понимают довольно хорошо. Их охлаждение идет по предсказуемому сценарию, так что любые лишние потери энергии сразу выделяются. Если внутри карлика рождались бы аксионы, они не задерживались бы в его недрах, а улетали бы прочь, унося с собой часть энергии — и звезда остывала бы быстрее, чем положено.

Авторы работы смоделировали, как должны остывать белые карлики, если внутри них рождаются аксионы, и сравнили эти расчеты с реальными наблюдениями космического телескопа Хаббл. В качестве тестовой площадки они выбрали шаровое скопление 47 Тукана (47 Tucanae), где все звезды примерно одного возраста.

Правда, никаких признаков дополнительного охлаждения они не нашли. Это означает, что если аксионы и существуют, то электроны внутри звезд могут порождать их крайне редко — не чаще одного раза на триллион возможных взаимодействий.

Существования аксионов этот результат не исключает, но один из самых очевидных способов их обнаружить не сработал. Значит, искать придется другими путями — в других астрофизических объектах или в лабораторных экспериментах.

Темная материя опять не найдена. Зато становится все понятнее, где ее точно нет— и это тоже шаг вперед.

Ранее академик РАН Андрей Быков рассказал, доказана ли хоть одна теория о темной материи.