Астрофизики использовали нейтронные звёзды для поиска новой фундаментальной силы

Фото из открытых источников

Нейтронные звёзды, которые формируются после коллапса гигантских светил, это невероятно плотные объекты, а их недра становятся уникальной естественной лабораторией, помогающей исследовать фундаментальные законы физики. Новая работа международной группы учёных продемонстрировала, как эти объекты можно использовать для проверки гипотезы о существовании нового типа частицы, что способна переносить пятую фундаментальную силу природы.

Открытие этой силы может совершить переворот в физике, углубив понимание природы тёмной материи. Пятую силу крайне сложно искать в земных условиях, поскольку здесь любые отклонения от законов гравитации на малых расстояниях замаскированы фоновыми шумами.

Это заставило физиков обратиться к нейтронным звёздам, ядра которых – это сверхплотная масса из нуклонов. Считается, что гипотетические скалярные частицы, которые предсказывают некоторые расширения Стандартной модели, взаимодействуют с нуклонами. Тогда как нейтронные звёзды должны быть их «производителями». Идея учёных такова: частицы рождаются при столкновениях частиц в недрах звезды и уносят с собой энергию. Что вызывает новое охлаждение светила и должно стать верным признаком работы пятой силы.

Для проверки этой идеи исследователям удалось создать максимально детальные симуляции, способные описывать жизнь нейтронных звёзд от момента формирования до современного возраста. Они были сопоставлены с реальными наблюдениями за холодными нейтронными звёздами, которые уже неплохо изучены.

Исследователи рассуждают: если бы скалярные частицы мощно взаимодействовали с нуклонами, то нейтронные звёзды должны были бы быть значительно холоднее. Но по достоверным данным их температуры соответствуют стандартной картине охлаждения, без факторов аномальных потерь энергии.

Анализ показывает: константа связи скалярных частиц с нуклонами должна быть чрезвычайно мала, это новое ограничение более чем на порядок (т.е. более чем в 10 раз) оказалось более строгим, чем все предыдущие пределы для данного класса частиц. То есть, исследование не выявило доказательств существования пятой силы в рассмотренном диапазоне, но параллельно удалось сузить поле для её поиска, отбросив целый класс теоретических моделей.

Работа показала, что экстремальные астрофизические объекты стали мощными инструментами для проверки фундаментальной физики, которая недоступна в земных лабораториях. Исследование опубликовано в журнале Physical Review Letters.