Нейтронная звезда — это сверхплотный остаток взрыва сверхновой: масса Солнца упакована в шар диаметром с город. Миллиарды лет она летит сквозь пространство, собирая вокруг себя невидимое вещество — тёмную материю, которая не излучает свет, но притягивает гравитацией. Новая модель показывает: если тёмной материи накопится достаточно, она может окутать звезду невидимой скорлупой, за которую не выходит даже свет.
Здесь всё иначе. Тёмная материя распределяется вокруг звезды по профилю Эйнасто — модели, предложенной эстонским астрономом Яаном Эйнасто: плотность плавно спадает от центра, как туман, рассеивающийся от фонаря. Когда плотность в гало достигает критического значения, на расстоянии в несколько радиусов звезды рождается горизонт. Но внутри остаётся не бездна, а обычная нейтронная звезда — плотная, но конечная.
Раньше было неясно, может ли нейтронная звезда существовать внутри горизонта, образованного тёмной материей, и как гало влияет на её структуру. Теперь показано: при определённых параметрах гало вокруг звезды формируется горизонт, а звезда остаётся регулярной внутри него. Это работает для разных уравнений состояния — связей между давлением и плотностью вещества звезды. Учёные решили модифицированные уравнения Толмана–Оппенгеймера–Волкова, добавив в них вклад тёмной материи, и нашли область параметров, где функция $g_{rr}^{-1}$ меняет знак вне поверхности звезды — это и есть рождение горизонта.
Открытие даёт новый теоретический инструмент для изучения внутренности чёрных дыр. Оно показывает, что горизонт событий не обязательно означает конец структуры: внутри может существовать регулярная конфигурация из обычного вещества. Это направляет поиск наблюдательных отличий таких объектов от обычных чёрных дыр — например, по гравитационным волнам или излучению аккреционных дисков. Пока применений не видно, но результат — конкретный вычислимый пример, который можно проверять.
Жемчужина в скорлупе из тёмной материи — не просто метафора, а возможная реальность. Нейтронная звезда, окутанная невидимым гало, становится чёрной дырой, не теряя своей структуры. Скорлупа скрывает её от внешнего мира, но внутри продолжает существовать мир плотной материи.
Плотность тёмной материи, необходимая для образования горизонта, достигает $10^{19}$ кг/м³ — это в миллиарды раз плотнее, чем в центре Солнца, и сравнимо с плотностью атомного ядра.
Идея о массивных объектах внутри чёрных дыр перекликается с романом «Гиперион» Дэна Симмонса, где внутри сингулярности существуют структуры, влияющие на внешний мир.