Все, что мы знаем сегодня о темной материи, - это то, что она существует и как она себя ведет, но еще не то, чем она является на самом деле. За последние пятьдесят лет было выдвинуто несколько гипотез, но ни одна из них пока не собрала достаточно экспериментальных данных, чтобы одержать верх. Исследования, подобные исследованию Сакштейна и его коллег, важны, поскольку они предлагают конкретные инструменты для выхода из этого тупика.

Среди наиболее известных кандидатов на темную материю - слабо взаимодействующие массивные частицы (WIMP) - очень массивные частицы, которые очень слабо взаимодействуют с обычной материей: они проходят сквозь предметы незамеченными, не излучают свет и не реагируют на электромагнитные силы (поэтому они не отражают свет и остаются невидимыми), а также проявляют себя только через свои гравитационные эффекты. Этот тип темной материи был бы необходим для существования темных карликов. "Темная материя взаимодействует гравитационно, поэтому она может быть захвачена звездами и накапливаться внутри них. Если это произойдет, она также может взаимодействовать сама с собой и аннигилировать, высвобождая энергию, которая нагревает звезду", - объясняет Сакштейн.

Обычные звезды, подобные нашему Солнцу, сияют потому, что в их ядрах происходят процессы ядерного синтеза, генерирующие большое количество тепла и энергии. Термоядерный синтез происходит, когда масса звезды достаточно велика, чтобы гравитационные силы сжимали вещество к центру с такой интенсивностью, что запускали реакции между атомными ядрами. Этот процесс высвобождает огромное количество энергии, которую мы воспринимаем как свет. Темные карлики также излучают свет, но не из-за ядерного синтеза. "Темные карлики - это объекты с очень малой массой, около 8% массы Солнца", - объясняет Сакштейн. Такой малой массы недостаточно для запуска термоядерных реакций. По этой причине такие объекты, хотя и очень распространенные во Вселенной, обычно излучают лишь слабый свет (из-за энергии, вырабатываемой их относительно небольшим гравитационным сжатием) и известны ученым как коричневые карлики.

Однако, если коричневые карлики расположены в регионах, где темной материи особенно много - например, в центре нашей галактики, - они могут трансформироваться во что-то другое. "Эти объекты собирают темную материю, которая помогает им стать темным карликом. Чем больше темной материи у вас вокруг, тем больше вы можете уловить", - объясняет Сакштейн. "И чем больше темной материи окажется внутри звезды, тем больше энергии будет произведено в результате ее аннигиляции".

Но все это зависит от определенного типа темной материи. "Чтобы темные карлики существовали, темная материя должна состоять из вимпов или любой тяжелой частицы, которая взаимодействует сама с собой так сильно, что образуется видимая материя", - говорит Сакштейн. Другие кандидаты, предложенные для объяснения темной материи, такие как аксионы, нечеткие сверхлегкие частицы или стерильные нейтрино, слишком легки, чтобы произвести ожидаемый эффект в этих объектах. Только массивные частицы, способные взаимодействовать друг с другом и аннигилировать с образованием видимой энергии, могли питать темного карлика.

Однако вся эта гипотеза имела бы мало ценности, если бы не существовало конкретного способа идентифицировать темного карлика. По этой причине Сакштейн и его коллеги предлагают отличительный маркер: "Было несколько маркеров, но мы предложили литий-7, потому что это действительно был бы уникальный эффект", - объясняет ученый. Литий-7 очень легко сгорает и быстро расходуется в обычных звездах. "Итак, если бы вам удалось найти объект, похожий на темного карлика, вы могли бы поискать присутствие этого лития, потому что его там не было бы, если бы это был коричневый карлик или подобный объект".

Такие инструменты, как космический телескоп Джеймса Уэбба, возможно, уже способны обнаруживать чрезвычайно холодные небесные объекты, такие как темные карлики. Но, по словам Сакштейна, есть и другая возможность: "Еще одна вещь, которую вы могли бы сделать, - это посмотреть на всю совокупность объектов и спросить статистическим способом, лучше ли это описывается наличием субпопуляции темных карликов или нет".

Если в ближайшие годы нам удастся идентифицировать одного или нескольких темных карликов, насколько убедительной будет эта подсказка в поддержку гипотезы о том, что темная материя состоит из слабаков? - Достаточно сильный. С легкими кандидатами в темную материю, чем-то вроде аксиона, я не думаю, что вы смогли бы получить что-то вроде темного карлика. Они не накапливаются внутри звезд. Если нам удастся найти темного карлика, это станет убедительным доказательством того, что темная материя тяжелая, сильно взаимодействует сама с собой, но лишь слабо согласуется со стандартной моделью. Это включает в себя классы слабаков, но это включало бы и некоторые другие, более экзотические модели", - заключает Сакштейн. Наблюдение за темным карликом не позволило бы нам окончательно сказать, что темная материя - это СЛАБАК, но это означало бы, что это либо СЛАБАК, либо нечто, что, по сути, ведет себя как СЛАБАК".