Охлаждение нейтронных звёзд помогло установить рекордные ограничения на существование пятой силы

Нейтронные звёзды — сверхплотные остатки звёзд, состоящие в основном из нуклонов (протонов и нейтронов). Их охлаждение в течение миллионов лет может служить испытательным полигоном для поиска гипотетических частиц, включая скалярные, которые, согласно некоторым теориям, могут взаимодействовать с нуклонами и быть связаны с существованием пятого фундаментального взаимодействия.

Изображение нейтронной звезды. Автор: ESA Work performed by ATG under contract for ESA. License: CC BY-SA 3.0 IGO or ESA Standard License

Исследователи из Немецкого синхротронного центра DESY, Итальянского национального института ядерной физики, Сиднейского и Падуанского университетов провели исследование, сравнив теоретические предсказания с симуляциями нейтронных звёзд. Их работа, опубликованная в журнале Physical Review Letters, устанавливает самые строгие на сегодня ограничения на силу скалярно-нуклонного взаимодействия.

Как объяснил соавтор статьи Эдоардо Витальяно, если бы пятая сила, переносимая скалярными частицами, существовала, она ускоряла бы охлаждение нейтронных звёзд, подобно тому, как новая щель в термосе ускоряет остывание еды. Однако симуляции, учитывающие рождение таких частиц, показывают, что современные звёзды были бы намного холоднее, чем наблюдают астрономы.

«Мы пришли к поразительному выводу, что если новая сила действует между частицами на расстоянии меньше толщины волоса, астрономические наблюдения — лучший способ её обнаружить», — сказал Витальяно.

Отсутствие аномального охлаждения в данных позволило учёным сделать вывод, что любая возможная пятая сила должна быть значительно слабее, чем предполагалось ранее. Эти строгие ограничения помогут уточнить теории, предсказывающие отклонения от законов гравитации. В будущем исследователи планируют использовать новые астрономические данные для дальнейших поисков.

Нейтронные звёзды, такие как объекты из группы «Великолепная семёрка» или пульсар PSR J0659, остаются уникальными природными лабораториями для проверки фундаментальной физики. По словам соавтора Алессандро Леллы, предстоящие наблюдения могут преподнести сюрпризы и открыть новые пути к пониманию тайн Вселенной.