Науковці відкрили аномальні космічні об’єкти, що можуть вказувати на існування п’ятої фундаментальної сили природи

Нові астрофізичні дослідження показують, що нейтронні зорі — надщільні залишки після колапсу масивних зір — можуть стати ключем до виявлення п’ятої фундаментальної сили природи. У статті, опублікованій у журналі Phys­i­cal Review Let­ters, міжнародна група фізиків продемонструвала, що ці об’єкти дозволяють встановити найжорсткіші на сьогодні межі для існування гіпотетичних частинок, які могли б переносити нову силу, — так званих скалярних частинок.

На відміну від звичайних лабораторних експериментів, де будь-яке відхилення від стандартного гравітаційного закону губиться серед теплових і механічних шумів, нейтронні зорі створюють надекстремальні умови. Їхні ядра складаються з тісно упакованих протонів і нейтронів — середовища, де навіть найслабші взаємодії можуть залишати помітний слід. Якщо скалярні частинки дійсно існують, то під час зіткнень нуклонів у надрах нейтронної зорі вони мали б народжуватися і відлітати назовні, забираючи частину енергії. Це призвело б до аномально швидкого охолодження зорі, що можна перевірити за її температурою.

Щоб це з’ясувати, науковці створили детальні комп’ютерні моделі, які простежують еволюцію нейтронних зір від моменту утворення до поточного стану. До моделі вони включили всі відомі механізми втрати тепла — від випромінювання нейтрино до теплового випромінювання з поверхні, а потім додали гіпотетичний внесок від скалярних частинок. Результати порівняли з реально спостережуваними об’єктами — зокрема, з відомими ізольованими рентгенівськими нейтронними зорями Mag­nif­i­cent Sev­en та пульсаром PSR J0659.

Gem­i­ni_iau.svg_.png” alt=”” width=“1200” height=“1131” />

Моделювання показало, що якщо нова сила існує і взаємодіє із нуклонами занадто сильно, такі зорі мали б бути значно холоднішими, ніж вони є. Але телескопічні спостереження не виявили жодного відхилення від стандартної картини охолодження. Це дозволило встановити найсуворішу на сьогодні межу для взаємодії скалярних частинок із нуклонами — сила зв’язку не перевищує gₙ ≤ 5×10⁻¹⁴, що приблизно в десять разів точніше, ніж усі попередні оцінки.

За словами автора дослідження Едоардо Вітальяно, ці результати демонструють, що сама природа може виступати унікальною лабораторією для перевірки фундаментальних законів фізики. Хоча доказів існування п’ятої сили поки не знайдено, отримані обмеження значно звужують коло можливих теорій, які можуть пояснити природу гравітації та темної матерії.