Трое физиков из Сямыньского и Пекинского университетов (оба — Китай) смоделировали эффект от включения частиц тёмной материи в число компонентов нейтронных звёзд (НЗ).

Принято считать, что нейтронные звёзды имеют максимально допустимую массу, превышение которой ведёт к коллапсу в чёрные дыры. Если рассматривать НЗ как свободный ферми-газ нейтронов, из условия равновесия между гравитационными силами и давлением вырожденного газа можно получить классический предел массы Оппенгеймера — Волкова, зафиксированный на отметке в ~0,7 солнечной.

Установить, насколько это значение близко к реальному пределу, чрезвычайно сложно: астрофизики пока не определились ни с составом НЗ, ни с тем, как именно следует описывать взаимодействие её компонентов. Если в вычислениях будет учитываться, скажем, сильное взаимодействие между нейтронами, то допустимая масса вырастет. С другой стороны, включение в состав НЗ гиперонов (барионов, содержащих как минимум один странный кварк, но лишённых очарованных и прелестныхкварков) — шаг, вполне разумный с точки зрения современной теории, — делает ограничение более жёстким.

Предположение о том, что в недрах и вблизи НЗ скапливаются ещё и частицы тёмной материи (ТМ), выглядит логичным и уже обсуждалось несколькими научными группами. Иногда исследования давали весьма интересные результаты (при моделировании вклада частиц вроде нейтралино, способных к взаимной аннигиляции, НЗ, скажем, получали импульс к превращению в кварковые звёзды), но сформулировать какой-то общий вывод теоретики не смогли. Ничего удивительного в этом нет: сложно ожидать, что исходы моделирования разных популяций частиц разными методами будут согласоваться друг с другом.

В новой работе ТМ рассматривается как ферми-газ с отталкивательным взаимодействием между её частицами, сила которого остаётся свободным параметром. Способности к взаимной аннигиляции эти частицы, в отличие от упомянутых выше нейтралино, были лишены.

Как выяснилось, добавление относительно тяжёлых частиц ТМ сильно снижает допустимую массу НЗ. Однако более лёгкая тёмная материя даёт возможность ослабить ограничение на массу НЗ, содержащей гипероны, и достичь величин, лежащих значительно выше классического предела Оппенгеймера — Волкова. При условии сильного (слабого) взаимодействия частицы с массой в 1 ГэВ, к примеру, дают ограничение в 1,61 (0,71) солнечной массы для «гиперонных» звёзд.

Результаты своих расчётов авторы сравнили с данными недавних наблюдений чрезвычайно тяжёлых пульсаров J1614-2230 и J0348+0432, массы которых примерно равны двум солнечным. Существование этих двух НЗ, очевидно, исключает возможность смещения реального предела Оппенгеймера — Волкова ниже двух солнечных масс, что, в свою очередь, позволяет установить верхнюю границу массы частиц ТМ, которые могут быть подмешаны к предположительно «гиперонным» J1614-2230 и J0348+0432, на уровне в 0,64 (0,16) ГэВ для случая сильного (слабого) взаимодействия.