Чайная ложка вещества нейтронной звезды весит как гора. Но у этой горы может быть невидимый близнец.
В недрах нейтронной звезды обычное вещество спрессовано до немыслимых плотностей. Там протоны и нейтроны могут растворяться в кварковый суп. Физики построили уравнение, описывающее переход от ядерной материи к кварковой — как рецепт, по которому слоёный пирог звезды держит форму. А затем в этот рецепт добавили новый ингредиент: зеркальную тёмную материю (mirror dark matter). Она не светится и почти не взаимодействует с нашим веществом, но гравитационно притягивается к нему, как невидимый груз, подвешенный к каждой частице.
С этой добавкой авторы просканировали диапазон масс лёгких кварков. При массе \(m_u=5.2~{\rm MeV}\) звезда ещё дотягивает до рекордных двух солнечных масс — обязательный порог, установленный наблюдениями. Если кварки тяжелее, кварковое ядро не образуется вовсе. Но главный сюрприз ждал в другом. Даже без кваркового ядра доля тёмной материи \(f_D\) сильно влияет на радиус звезды. Для пульсаров PSR J0437–4715 и XTE J1814–338 измерены подозрительно маленькие размеры — и модель показывает, что их можно объяснить, если тёмной материи в звезде от 12% до 88%.
Приливная деформация (податливость звезды в поле тяготения компаньона) тоже зависит от \(f_D\). Знаменитый сигнал гравитационных волн GW170817 дал интервал для параметра \(\Lambda_{1.4}\) (безразмерной меры жёсткости) от 70 до 580. В этой модели ему отвечает как раз \(0.12\lesssim f_D\lesssim0.88\). Иными словами, тёмная материя работает как регулятор жёсткости: чем её больше, тем звезда мягче и меньше.
Так невидимая добавка проявляет себя через размер и отклик звезды. Тёмное зеркало не просто висит рядом — оно меняет форму того, что мы видим.
Если бы чайная ложка вещества нейтронной звезды упала на Землю, она пробила бы планету насквозь — настолько велика её плотность.
В романе «Яйцо Дракона» Роберта Форварда на поверхности нейтронной звезды живут крошечные разумные существа, чья биохимия основана на ядерных реакциях.