Neutronová hvězda. Kredit: ESA Work performed by ATG.

Neutronové hvězdy jsou extrémně husté oharky po explozích supernova masivních hvězd. Tvoří je nesmírně stlačená a hustá hmota ve které se rozpadly i atomy. Po svém vzniku jsou neutronové hvězdy žhavé a pak během milionů let velmi pozvolna vychládají.

Edoardo Vitagliano. Kredit: Università degli Studi di Padova.

Jak upozorňuje Rupendra Brahambhatt na platforme Interesting Engineering, takové vychládání sice nezní moc dramaticky ani zábavně, ale fyzikům, jak se zdá, nabízí pozoruhodnou přírodní laboratoř s podmínkami, které jsou mnohem extrémnější než cokoliv, s čím se můžeme setkat na Zemi.

Edoardo Vitagliano z Università degli Studi di Padova a Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN) se svými kolegy navrhl, jak by tyto extrémní oharky mohly pomoct s testováním myšlenky, která už nějakou dobu rezonuje ve fyzikálních kruzích – existenci páté fyzikální síly, která by mohla existovat současně s elektromagnetickou, slabou, silnou a gravitační silou, a také existenci částic, které by tuto sílu zprostředkovávaly.

Pokud takové částice existují, mohly by posunout naše chápání gravitace a pomoct také s dalším chronickým problémem, temnou hmotou. Jak říká Vitagliano, existence páté síly by mohla přinést převrat paradigmatu ve fyzice a dnes ji hledá celá řada experimentů. Problém je v tom, že to zahrnuje zkoumaní odchylek gravitace na mezoskopické úrovni (mezi mikro- a makro-), což je opravdu extrémně náročné. V pozemských podmínkách jsou takové odchylky mnohem menší než přirozený či lidmi vyvolaný šum prostředí, související s vibracemi, nepatrnými změnami teplot nebo třeba elektřinou.

Logo. Kredit: Università degli Studi di Padova.

Proto fyzici potřebují hodně extrémní prostředí, v němž se i ty nejnepatrnějších odchylky mnohokrát znásobí právě díky extrémním podmínkám. To je ideální situace pro výzkum neutronových hvězd, které jsou královnami extrémů. Pátou sílu by mohly zprostředkovávat hypotetické skalární částice (scalar particle), které by neměly žádný spin a žádnou vnitřní strukturu. Podle Vitagliana a spol. by neutronové hvězdy mohly být perfektními továrnami na tyto částice.

Mají-li badatelé pravdu, pak by při každé srážce mezi neutrony či protony hluboko v nitru neutronové hvězdy měly vznikat skalární částice, které by poté unikly a odnesly s sebou trochu tepla. V takovém případě by docházelo k ochlazování neutronových hvězd nad rámec dnešních modelů.

Vitagliano s kolegy to zkusili. Simulovali vychládání neutronových hvězd se zapojením skalárních částic a páté fyzikální síly, a své simulace poté testovali vůči pozorováním důvěrně známých neutronových hvězd, jako je skupiny izolovaných neutronových hvězd The Magnificent Seven nebo pulsar PSR J0659. Nápad to byl pěkný, ale pozorování žádné nadměrné ochlazování neutronových hvězd neodhalilo. Jak to ale v podobných případech bývá, neúspěšný pokus alespoň zúžil prostor pro pátrání po páté síle.

Video: N3AS Seminar: Light Dark Matter: Collective Effects in the Lab and in Stars

Literatura

Interesting Engineering 6. 12. 2025.

Physical Review Letters 135: 211003.