Астрофизики использовали нейтронные звёзды для поиска новой фундаментальной силы

Нейтронные звёзды, формирующиеся после коллапса массивных звёзд, представляют собой крайне плотные объекты, чьи внутренние слои служат уникальной лабораторией для изучения фундаментальных законов физики. Международная команда учёных использовала эти объекты для проверки гипотезы о существовании нового типа частиц, способных переносить пятую фундаментальную силу природы. Открытие такой силы могло бы изменить современные представления о физике и углубить понимание тёмной материи.

Проверка пятой силы на Земле крайне сложна. Малые отклонения от гравитации маскируются фоновыми эффектами. Поэтому исследователи обратились к нейтронным звёздам, где ядро представляет собой сверхплотную «кашу» из нуклонов. Если гипотетические скалярные частицы, предсказанные некоторыми расширениями Стандартной модели, взаимодействуют с нуклонами, нейтронные звёзды должны выступать как естественные «фабрики» таких частиц. При их рождении частицы уносили бы энергию, вызывая дополнительное охлаждение звезды, что стало бы косвенным свидетельством пятой силы.

Для проверки идеи учёные создали детальные симуляции, описывающие эволюцию нейтронных звёзд от момента формирования до современного возраста. Модели учитывали все известные механизмы потери тепла — излучение нейтрино и энергии с поверхности — и добавляли возможность излучения скалярных частиц. Полученные результаты сравнили с наблюдениями за холодными нейтронными звёздами, такими как изолированная группа «Великолепная семёрка» и пульсар PSR J0659.

Если бы скалярные частицы активно взаимодействовали с нуклонами, современные нейтронные звёзды должны были бы быть значительно холоднее. Однако данные телескопов показали, что их температуры соответствуют стандартной модели охлаждения, а признаков дополнительной потери энергии не выявлено. Это позволило установить рекордно строгие ограничения на силу гипотетического взаимодействия: константа связи скалярных частиц с нуклонами не превышает 5×10^−14. Новое ограничение более чем в 10 раз строже предыдущих пределов для этого класса частиц.

Исследование не подтвердило существование пятой силы в рассматриваемом диапазоне, но сузило поле поиска, исключив целый класс теоретических моделей. Работа показывает, что экстремальные астрофизические объекты становятся мощным инструментом для проверки фундаментальной физики, недоступным в земных лабораториях. Учёные надеются, что с улучшением моделей внутреннего строения нейтронных звёзд и появлением данных от телескопов нового поколения удастся выявить тонкие аномалии в их охлаждении, которые могут указать путь к новой физике.

Читайте также: