Международная команда физиков сообщила о поразительных открытиях в космосе: нейтронные звезды — надплотные остатки после коллапса больших звезд — могут помочь проверить существование гипотетической пятой фундаментальной силы природы. В статье, опубликованной в журнале Physical Review Letters, ученые показали, что эти сверхэкстремальные объекты позволяют установить жесткие ограничения для существования так называемых скалярных частиц, которые потенциально могут переносить новую силу.
В отличие от лабораторных опытов, где любые отклонения от известных физических законов часто теряются среди шумов и препятствий, нейтронные звезды создают условия, при которых даже слабые взаимодействия оставляют заметный след. Их ядра плотно упакованы протонами и нейтронами, что означает, что рождение скалярных частиц в недрах звезды могло бы забирать энергию, вызывая ускоренное охлаждение. Такую аномалию можно было заметить по температуре звезды.
Ученые создали подробные компьютерные модели эволюции нейтронных звезд — от момента образования до настоящего времени. В них включили все известные механизмы потери тепла: от нейтрино излучения до теплового излучения с поверхности. Затем в модели добавили гипотетический вклад скалярных частиц и сравнили результаты с данными реальных наблюдений, в частности, со звездами Magnificent Seven и пульсаром PSR J0659.
Моделирование показало: если бы новая сила взаимодействовала с нуклонами слишком сильно, нейтронные звезды были бы гораздо холоднее. Однако телескопы не обнаружили отклонений от обычного охлаждения, что позволило установить самый строгий на сегодняшний день предел силы взаимодействия скалярных частиц с нуклонами — gₙ ≤ 5×10⁻¹⁴. Это примерно в десять раз точнее предыдущих оценок.
По словам одного из авторов исследования Эдоардо Витальяно, нейтронные звезды демонстрируют, что сама природа может быть уникальной лабораторией для проверки фундаментальных законов физики. Хотя прямых доказательств существования пятой силы пока нет, новые ограничения значительно сужают круг теорий, объясняющих гравитацию и темную материю, и открывают новые пути исследований в физике элементарных частиц и астрофизике.
