To coś nowego. Ciemna materia może gromadzić się w gęstych wnętrzach gwiazd neutronowych. Co więcej, może to prowadzić do ich eksplozji.
Na przestrzeni lat astronomowie zgromadzili ogromną ilość dowodów na istnienie ciemnej materii, mimo że nie byli w stanie jej bezpośrednio dostrzec. Kluczem do jej badania jest prowadzenie obserwacji jej wpływu na obiekty w niej zanurzone. Jej wpływ widać chociażby w trakcie obserwacji galaktyk, w których gwiazdy krążą szybciej, niż wskazuje na to sama materia widzialna. Tak samo galaktyki poruszają się w gromadach znacznie szybciej, niż powinny. Wszystkie te dowody sugerują, że zdecydowana większość materii we wszechświecie ma nieznaną, niewidzialną formę, która nie oddziałuje w żaden sposób ze światłem.
Ale poza tym ciemna materia jest jedną wielką niewiadomą. Nie wiemy, z czego się ona składa, czy nie jest to przypadkiem jakaś nowa wersja elektronów, czy też jakieś fale albo mikroskopijne czarne dziury wypełniające wszechświat.
Czymkolwiek jednak tak naprawdę jest, ciemna materia charakteryzuje się grawitacją, dlatego w naturalny sposób gromadzi się w obszarach o silnej grawitacji. Obszary o najsilniejszej grawitacji we wszechświecie to czarne dziury. One jednak nie pomogą nam w badaniu ciemnej materii, bo gdy wpadnie ona do czarnej dziury, na zawsze pozostaje poza naszym zasięgiem.
Następne na liście są gwiazdy neutronowe. Są one sto bilionów razy gęstsze od Ziemi i mają na tyle silną grawitację, że mogą sprawić, że światło będzie krążyć wokół nich po okręgu. Według autorów najnowszego artykułu naukowego opublikowanego w periodyku Physics Reports, gwiazdy neutronowe to idealne laboratoria do badania ciemnej materii, która musi pod wpływem grawitacji gromadzić się w ich wnętrzach.
W swoich badaniach naukowcy sprawdzili, w jaki sposób ciemna materia może wpływać na głębokie wnętrze gwiazd neutronowych w zależności od tego, z czego się ona składa i jak może ona oddziaływać z normalną materią. Na przykład cząstki ciemnej materii mogą oddziaływać ze sobą, powodując anihilację i uwalnianie niewielkich ilości energii. Zdarzałoby się to bardzo rzadko, ale przy wysokim stężeniu ciemnej materii wewnątrz gwiazd neutronowych może ona uwalniać wystarczającą ilość ciepła, aby zmienić dynamikę wnętrza tych martwych gwiazd.
Samo nagromadzenie ciemnej materii może podgrzać gwiazdy neutronowe, jeśli po drodze zderzy się ona z cząsteczkami normalnej materii. W najbardziej ekstremalnej wersji cząstka ciemnej energii może zgromadzić odpowiednią ilość energii, aby wywołać „superwybuch” wewnątrz gwiazdy, wywołując niekontrolowaną jądrową reakcję łańcuchową, która detonuje całą gwiazdę, niszcząc ją.
Nawet bez jakichkolwiek interakcji ciemna materia teoretycznie mogłaby prowadzić do zagłady. Jeśli gromadzi się ona w jądrze, zwiększa całkowitą masę gwiazdy neutronowej. Jeśli masa stanie się zbyt duża, jądro gwiazdy może eksplodować i przekształcić się w czarną dziurę, pochłaniając przy tym resztę gwiazdy.
Naukowcy wskazali kilka możliwości odkrycia wpływu ciemnej materii na gwiazdy neutronowe. Musielibyśmy zaobserwować eksplozję i śmierć gwiazdy neutronowej. Alternatywnie musielibyśmy przyjrzeć się profilom ochładzania gwiazd neutronowych. Gromadzenie się i anihilacja cząstek ciemnej materii we wnętrzu gwiazdy powinny wpływać na jej ogólną temperaturę.
I wreszcie, ponieważ cząstki ciemnej materii zmieniają wewnętrzną dynamikę i rozkład masy w gwieździe neutronowej, wystarczająca ilość ciemnej materii może zmienić szybkość rotacji gwiazdy neutronowej i to, co się stanie, gdy nastąpi gwałtowna zmiana prędkości rotacji. Szczegółowe obserwacje wirujących gwiazd neutronowych powinny nam dać wgląd w to, co dzieje się w ich potencjalnie ciemnych wnętrzach.