Kyllä, neutronitähdet saattavat itse asiassa kerätä heikosti vuorovaikutuksessa olevaa pimeää ainetta, mikä sallii sen luonnolle joitain havainnointirajoituksia. Periaatteessa neutronitähtien lämpötila ja jatkuva olemassaolo asettaa rajat tumman aineen tiheydelle ja vuorovaikutukselle.

Pimeän aineen hiukkasella, joka ei ole vuorovaikutuksessa aineen kanssa, liikerata vain taivutetaan painavan kohteen painovoimakentän avulla, joten useimmat sitoutumattomat hiukkaset vain pyyhkäisevät ohi hyperbolisella radalla. Mutta kuten on käsitelty julkaisussa (Adams & Laughlin 1997), jos jonkin aineen ja tumman aineen välistä vuorovaikutusta esiintyy, hiukkanen voi sirota ainehiukkasesta ja sillä on nyt vähemmän kuin pakenemisnopeus. Tällä tavalla valkoiset kääpiöt ja neutronitähdet todellakin keräävät tummaa ainetta ytimiinsä. Kerääntymisnopeus on verrannollinen arvoon $ \ rho v \ sigma $, jossa $ \ rho $ on pimeän aineen tiheys, $ v $ keskimääräinen suhteellinen nopeus ja $ \ sigma $ poikkileikkaus. Adams & Laughlin arvioi, että valkoinen kääpiötähti keräisi oman massansa 10 ^ {25} $ vuodessa, mutta tämä riippuu poikkileikkauksesta (jos se on liian pieni, pimeä aine kulkee läpi), joka on läsnä tuntematon.

Olisiko tämä kertyminen ainoa asia, joka lopulta saisi valkoiset kääpiöt ja myöhemmin neutronitähdet räjähtämään. Pimeä aine on kuitenkin uskottavasti sekoitus hiukkasia ja antihiukkasia, jotka tuhoavat toisiaan nopeudella $ \ sim \ rho ^ 2 $; rikastetussa ympäristössä, kuten valkoinen kääpiöydin, tämä tuottaisi energiaa emittoituneista fotoneista, jotka lämmittävät asioita. Adams & Laughlin arvioi kirkkaudeksi noin $ 10 ^ {- 12} L_ \ odot $, mikä on huomaamatonta nykyisellä aikakaudella, mutta lopulta pitäisi valkoiset kääpiöt 63 K: ssa kaukaisessa tulevaisuudessa (kunnes pimeän aineen halo loppuu).

Muut, tarkemmat laskelmat johtavat korkeampiin arvioihin. Jos nopeus olisi riittävän korkea, emme näe mitään viileitä tiheitä esineitä - niin valkoinen kääpiö ja neutronitähtien jäähdytys antaa joitain rajoja mahdolliselle tiheydelle ja poikkileikkauksille, vaikkakaan ei kovin tiukalle. Esimerkiksi yksi malli viittaa siihen, että neutronitähdet tasoittuvat 10000 K: n lämpötilassa. Viileiden tähtien havainnot voivat jo sulkea pois joitain pimeän aineen malleja.

Jopa on väitteitä siitä, että tiheässä pimeässä aineessa olevien halojen supermaaplaneetat saattavat lämmetä merkittävästi, vaikka tämä saattaa vaatia epärealistisesti tiheitä haloja ja suuria poikkileikkauksia. Maapallon nykyinen nummivirta antaa rajoituksia sille, kuinka voimakkaasti se voi olla vuorovaikutuksessa.

Neutronitähdet eivät siis suoraan tunnista pimeän aineen tunnistusta, mutta ne (ja planeetat ja valkoiset kääpiöt) antavat meille jonkin verran tietoa.

Haluan selventää osan tästä kysymyksestä, jota jotkut ihmiset eivät ehkä ymmärrä. Jos pimeään aineeseen kirjaimellisesti vain vaikuttaa painovoima, et voi odottaa sen näkevän kerääntyvän neutronitähtien keskelle. Kun tumma aine putoaa kohti neutronitähden keskustaa, se lisää nopeutta, kunnes se kulkee neutronitähden läpi ja alkaa hidastua. Mutta kun se lähtee neutronitähden läheisyydestä, sillä on sama nopeus kuin sillä oli saapuessaan läheisyyteen. Pimeän aineen keräämiseksi neutronitähden on hidastettava sitä jotenkin. Tätä tarkoitti Anders Sandberg mainitsemalla pimeän aineen vuorovaikutusleikkauksen. Tämä viittaa sellaisten vuorovaikutusten todennäköisyyteen, jotka saattavat hidastaa pimeän aineen hiukkasia niin, että ne jäävät loukkuun.

Hieman toisin sanoen oletetaan, että hiukkanen oli riittävän kaukana neutronitähdestä niin, että neutronitähden painovoima voidaan periaatteessa jättää huomiotta. Kuvittele, että hiukkanen ajautuu kohti neutronitähteä, niin että lopulta se kulkee sen läpi. Sitten, kun hiukkanen saavuttaa neutronitähden, se on matemaattisesti taattu olevan pakenemisnopeuden yläpuolella. Pakenopeuden määritelmä on nopeus, joka hiukkasella on, jos se putoaa äärettömän kaukaa. Neutronitähti ei voi tarttua mihinkään, koska kaikki, joka ajautuu ohi, takaa riittävän tarkan nopeuden putoamisen siten, että kun se palaa takaisin samalle etäisyydelle kuin se oli aikaisemmin, se siirtyi pois samalla nopeudella kuin missä liikkuikin. ennen.

Ollakseni oikeudenmukainen, tässä on yksi huomautus. Jos hiukkasilla on merkittävä painovoima, joten ne voivat vaikuttaa voimakkaasti toisiinsa, ne voivat olla vuorovaikutuksessa siten, että yksi hiukkanen lentää ulos vielä nopeammin ja toinen on loukussa kiertoradalla neutronitähden ympärillä (ehkä myös läpi). Jotkut Jupiterin kuista on saatettu kaapata tällä tavalla. Mutta pimeän aineen hiukkasilla on massa merkityksetön.

En sano tässä mitään muuta kuin Anders Sandberg, mutta haluan vain korostaa hänen lausuntonsa tärkeyttä, jonka mukaan "suurin osa hiukkasista vain syöksyy ohi."

En ole koskaan nähnyt mitään keskustelua pimeän aineen ehdokkaiden ja neutronitähtien välisestä vuorovaikutuksesta. Mutta voimme silti sanoa jotain hyödyllistä mahdollisuudesta.

Muista ensin, ettemme tiedä, mikä on Dark Matter (DM). Meillä on useita teorioita, jotka ovat kohtuullisia jatkeita standardimallille, joka sisältää hiukkasia, jotka käyttäytyvät sorta-kinda kuin luulemme DM käyttäytyvän, mutta meillä ei ole vain mitään hyviä todisteita mistään niistä , olemme etsineet suurinta osaa heistä eivätkä ole löytäneet mitään. Negatiiviset todisteet eivät ole kovin varmoja, mutta viittaavat myös siihen, että on jotain tärkeää, jota emme vielä tiedä.

Joka tapauksessa olet oikeassa, että neutronitähden pitäisi houkutella DM: ää ( NS: n) painovoima, ja näyttää uskottavalta, että DM reagoisi NS: n tiheään aineeseen. Mutta ainoat vuorovaikutukset, joista olen tietoinen, vapauttavat vähän lämpöä ja vähän sähkömagneettista säteilyä vuorovaikutuskohdassa. (DM-hiukkaset eivät ole kovin energisiä, ja DM ei ole kovin tiheä.) Tämä imeytyisi nopeasti ja johtaisi NS: n erittäin pieneen lämmitykseen.

Ja neutronitähdet ovat kaukana. On hyvin vaikeaa nähdä, kuinka voisimme toivoa havaitsevamme minkä tahansa vuorovaikutuksen mahdollisia vaikutuksia.

Miksi neutronitähdet eivät ole täynnä pimeää ainetta?

Koska pimeä aine ei koostu hiukkasista. Siinä on jotain myyttiä, jota se tekee, mikä mielestäni tulee hiukkasfyysikoilta, jotka eivät ole koskaan lukeneet Einsteinin alkuperäistä materiaalia. Luulen myös, että tiede on jotain kilpailukykyistä liiketoimintaa, ja kannattajilla on taipumus mainostaa omaa teoriaansa (esim. WIMP: t) ja väittää, että kilpailijoiden teoria (esim. MOND) on puutteellinen.

Pimeä aine on vuorovaikutuksessa painovoiman kanssa? Toisin kuin mustat aukot, neutronitähdet ovat todella näkyvissä, ja ne ovat valtava painovoima, joten pimeän aineen pitäisi kerääntyä niihin.

Muista, että meillä on hyviä tieteellisiä todisteita litteistä galaktisista kiertokäyristä ja muista ilmiöistä. Nämä viittaavat siihen, että joko a) jonnekin on jotakin näkymätöntä "pimeää ainetta", tai b) että painovoima ei toimi aivan niin kuin ihmiset ajattelevat. Todisteet eivät kuitenkaan todellakaan sano, että pimeä aine on valmistettu hiukkasista ja putoaa.

Mutta jos kaikki tämä on totta, mikä näyttää olevan, miksi tähtitieteilijät eivät ole havainneet tai käyttäneet neutronitähtiä tumman aineen havaitsemiseen?

Koska emme asu jossakin Chicken Little -maailmassa, jossa taivas putoaa sisään . Tarkoitan Gullstrand-Painlevé -koordinaatteja, jotka mallitsevat painovoimakentän paikaksi, jossa tila putoaa. Einstein hylkäsi idean, mutta jotkut nykyajan fyysikot ottavat sen vakavasti, katso esimerkiksi tämä.

Kuvahaku Andrew Hamilton

Miksi tämä on merkitystä? Koska vuonna 1916 yleisen suhteellisuusteollisuuden säätiössään Einstein sanoi, että "painovoimakentän energian on toimittava gravitaattisesti samalla tavalla kuin minkä tahansa muun energian" . Tämä on tilaenergiaa, eikä se ole valmistettu hiukkasista. Maapallon lähellä olevan avaruuden energiatiheys on suurempi kuin kaukana maasta olevan avaruuden energiatiheys. Tämän vuoksi siellä on painovoima. Siksi " painovoima painaa". Einstein kuvaili myös painovoimakenttää paikaksi, jossa tila " ei ole homogeeninen eikä isotrooppinen". Joten pimeä aine voi yksinkertaisesti olla epähomogeeninen tila. Älä unohda, että rusinakakku-analogian mukaan galaksien välinen tila laajenee, kun taas galaksien välinen tila ei. Energiansäästö kertoo minulle, että tämä johtaa varmasti epähomogeeniseen alueelliseen energiatiheyteen. Ja että vanhempaa galaksia ympäröi suurempi / jyrkempi epähomogeenisen avaruuden halo kuin nuorempi galaksi, joten näyttää siltä, ​​että läsnä on enemmän pimeää ainetta.

Se, mitä Einstein sanoi, tarkoittaa sitä, että huoneessa, jossa olet, aivan kasvojesi edessä on eräänlainen "pimeä aine". Vain se ei ole valmistettu hiukkasista eikä se putoa. Sen sijaan se on tehty avaruudesta. Älä unohda, että tila on pimeä, ja siitä on paljon tietoa .