Neutronstjerner kunne blive varmet op fra udslettelse af mørkt stof

Et af de store mysterier om mørkt stof partikler er, om de interagerer med hinanden. Vi ved stadig ikke den nøjagtige natur af, hvad mørkt stof er. Nogle modeller hævder, at mørkt stof kun interagerer gravitationelt, men mange flere hævder, at mørkt stof partikler kan kollidere med hinanden, klumpe sammen og endda henfalde til partikler, vi kan se. Hvis det er tilfældet, så kan objekter med særligt stærke gravitationsfelter som sorte huller, neutronstjerner og hvide dværge fange og koncentrere mørkt stof. Dette kan igen påvirke, hvordan disse objekter vises.

Som et eksempel ser en undersøgelse på samspillet mellem mørkt stof og neutronstjerner. Undersøgelsen er offentliggjort på arXiv preprint server.

Neutronstjerner er lavet af det mest tætte stof i kosmos. Deres kraftige gravitationsfelter kunne fange mørkt stof og i modsætning til sorte huller vil enhver stråling fra mørkt stof ikke blive fanget bag en begivenhedshorisont. Så neutronstjerner er en perfekt kandidat til at studere mørkt stofmodeller. Til denne undersøgelse så holdet på, hvor meget mørkt stof en neutronstjerne kunne fange, og hvordan henfaldet af interagerende mørkt stofpartikler ville påvirke dens temperatur.

Detaljerne afhænger af, hvilken specifik mørkt stofmodel du bruger. I stedet for at adressere variantmodeller kiggede teamet på brede egenskaber. Specifikt fokuserede de på, hvordan mørkt stof og baryoner (protoner og neutroner) kunne interagere, og om det ville få mørkt stof til at blive fanget. Sikkert nok, for rækken af ​​mulige baryon-mørkt stof-interaktioner kan neutronstjerner fange mørkt stof.

Holdet fortsatte derefter med at se på, hvordan termalisering af mørkt stof kunne forekomme. Med andre ord, efterhånden som mørkt stof fanges, skulle det frigive varmeenergi til neutronstjernen gennem kollisioner og udslettelse af mørkt stof. Over tid skulle det mørke stof og neutronstjernen nå en termisk ligevægt.

Den hastighed, hvormed dette sker, afhænger af, hvor stærkt partikler vekselvirker, det såkaldte spredningstværsnit. Holdet fandt ud af, at termisk ligevægt nås ret hurtigt. For simple skalarmodeller af mørkt stof kan ligevægt nås inden for 10.000 år. For vektormodeller af mørkt stof kan ligevægt ske på blot et år. Uanset modellen kan neutronstjerner nå termisk ligevægt med et kosmisk øjenblink.

Hvis denne model er korrekt, kan mørkt stof spille en målbar rolle i neutronstjernernes udvikling. Vi kunne for eksempel identificere tilstedeværelsen af ​​mørkt stof ved at observere neutronstjerner, der er varmere end forventet. Eller måske endda skelne forskellige mørkt stof-modeller ved det overordnede spektrum af neutronstjerner.

Flere oplysninger: Nicole F. Bell et al., Thermalization and Annihilation of Dark Matter in Neutron Stars, arXiv (2023). DOI:10.48550/arxiv.2312.11892

Journaloplysninger: arXiv

Leveret af Universe Today