Белые карлики – мертвые звезды, встречающиеся в центрах древних шаровых скоплений. Механизм их остывания описан в астрофизике законами физики плотной материи. Однако были выявлены аномалии, свидетельствующие о более быстром остывании таких звезд относительно стандартных моделей.
Предполагается, что это может быть связано с аксионами – гипотетическими частицами, рассматриваемыми в качестве кандидатов на роль темной материи. Считается, что механизм состоит в выносе энергии из недр белых карликов аксионами, формирующимися в их электронно-вырожденных ядрах путем аксионного тормозного излучения электронов, состоящего в их рассеянии на ионах. Это явление рассматривается как потенциальный третий механизм охлаждения, помимо излучения фотонов и нейтрино.
Новое исследование было посвящено проверке этой гипотезы. Ученые провели численные симуляции эволюции белых карликов с использованием MESA на примере объектов шарового скопления 47 Тукана (NGC 104). В моделировании варьировались масса звезд (в узком, наиболее вероятном диапазоне), толщина их водородной оболочки и константа связи аксиона с электроном. Полученные результаты были сопоставлены с данными наблюдений камерами WFC3 и ACS космического телескопа «Хаббл» за центральным и внешним полями соответственно. Теоретические кривые охлаждения сравнили с данными о яркости и цвете звезд статистическим методом максимального правдоподобия.
По результатам оказалось, что наблюдательные данные лучше всего согласуются с моделью, предполагающей наличие у белых карликов толстой водородной оболочки.
На основе этого ученые повысили верхний предел константы связи аксиона с электроном.
