The effects of Dark Matter upon Neutron Stars’ properties.
Creators: name: Βικιάρης, Μιχαήλ Βασιλείου
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2022
Subjects: Αστέρες Νετρονίων
Σκοτεινή Ύλη
Παλιρροιακή Παραμόρφωση
Neutron Star
Dark Matter
Tidal Polarizability

description: A Neutron Star is a fascinating object of its own. We know for certain its properties after the extensive research that has been done on both theoretical and on experimental physics. Also, we now can verify whether our findings are real thanks to the observations with state-of-the-art technology. These objects are very interesting too since a NS is an exotic structure that is held together by degeneracy pressure and also, we can study it extensively due to the fact that, unlike black holes, these compact objects have a visible structure that we can work on. Also, these structure can also be found on binary systems. A BNS (Binary system of Neutron Stars) is the perfect candidate for GW (Gravitational Wave) emission. The extensive and revolutionary studies on the GW emission have shed light in the field of Astrophysics. GW also contain the valuable information of the tidal polarizability, a physical value that corresponds to the deformation of the NS from the spherical symmetry due to the strong gravitational field and the tidal forces. This value in return, contains the crucial information about the NS's EoS (Equation of State), which we decode through the studies on the detected GWs. Cosmological and Astrophysical observations show us that there is matter "missing" from the universe, the so-called Dark Matter. We can't see it, but we know that it exists since we can "see" its gravitational effects. The galaxies that fly away, the way they move and the gravitational lensing are just some of the evidence and observations that hint towards the existence of this Dark Matter. Dark Matter is said to be gathered in strong gravitational fields such as galaxies, clusters of galaxies and Black Holes. Since Black Holes cannot be studied to the extent of Neutron Stars, we choose to work with the latter. The models that we work with, show us that Dark Matter on Neutron Stars and BNS, can have a visible and strong effect on the parameters that we can observe. Parameters such as the Tidal Polarizability $\lambda$, the total Mass and Radius of the Neutron Star are the ones that we research first hand. So our model of Dark Matter Halo, gives us great insight for the $\Lambda$ parameter since the Halo Radius affects the tidal polarizability at a great extend. We do our research on this model depending mostly on the $M_\chi-\Lambda$ diagram, from where we get most of our results. Physicists have found evidence of the Dark Matter effects and "nature". The question that arises comes from Particle Physics, asking "what is the Dark Matter Particle?". We now "hunt" for Dark Matter in Neutron Stars by looking for changes on their mass, their radius and tidal polarizability. The way these changes behave and the amount of this "change" will determine the nature of the Dark Matter Particle, that remains elusive despite our extensive and thorough research all these years.
description: Οι Αστέρες Νετρονίων είναι φανταστικά αντικείμενα από μόνοι τους. Γνωρίζουμε με καλή ακρίβεια τις παραμέτρους που τους χαρακτηρίζουν, τα διάφορα μεγέθη τους όπως μάζα, ακτίνα και μαγνητικό πεδίο και αυτό λόγω της εκτεταμένης έρευνας πάνω τους σε θεωρητικό και πειραματικό επίπεδο. Επιπλέον, με την βοήθεια των τελευταίας τεχνολογίας παρατηρήσεων μπορούμε να επαληθεύσουμε αυτά τα μεγέθη. Ένας Αστέρας Νετρονίων είναι πολύ ενδιαφέρον από μόνος του γιατί η συνθήκη που τον συγκρατεί οφείλεται σε εκφυλισμένη πίεση και επίσης, σε αντίθεση με τις Μελανές Οπές, έχουν δομή την οποία βλέπουμε και μπορούμε να μελετήσουμε. Επιπλέον, μπορούμε να βρούμε αυτές τις δομές και σε δυαδικά συστήματα. Ένα δυαδικό σύστημα Αστέρων Νετρονίων, είναι ο ιδανικός υποψήφιος για εκπομπή βαρυντικών κυμάτων. Οι τεράστιες και επαναστατικές μελέτες στην εκπομπή βαρυντικών κυμάτων έχουνε πάει την Αστροφυσική και Κοσμολογία στο επόμενο επίπεδο. Τα βαρυντικά κύματα περιέχουν μια πολύ σημαντική πληροφορία, την οποία μπορούμε να αποκωδικοποιήσουμε εμείς μόλις τα ανιχνεύσουμε. Η παραμόρφωση του ΑΝ λόγω των παλιρροιακών δυνάμεων από το σφαιρικό τους σχήμα εμπεριέχει πολύ σημαντική πληροφορία για την Καταστατική Εξίσωση του Αστέρα Νετρονίων, την οποία λαμβάνουμε μέσω των βαρυντικών κυμάτων. Εκτός όλων αυτών, το επόμενο βήμα της Αστροφυσικής και Κοσμολογίας είναι η ανίχνευση της λεγόμενης Σκοτεινής Ύλης. Οι Κοσμολογικές παρατηρήσεις μας δείχνουν ότι υπάρχει ύλη η οποία «λείπει». Δεν μπορούμε να την δούμε άμεσα αλλά μπορούμε να την ανιχνεύσουμε έμμεσα, μέσω των βαρυντικών επιδράσεών της. Οι γαλαξίες που φεύγουν μακριά, ο τρόπος κίνησής τους, το φαινόμενο βαρυντικού φακού είναι κάποιες από τις παρατηρήσεις που μας οδηγούν στην εξήγηση ότι οφείλονται στις επιδράσεις της Σκοτεινής Ύλης. Η Σκοτεινής Ύλης λέγεται ότι μαζεύεται σε ισχυρά βαρυντικά πεδία που δημιουργούνται σε γαλαξίες, συγκεντρώσεις γαλαξιών και σε υπέρπυκνα αντικείμενα. Όπως είναι φυσικό, κάποιος θα έψαχνε σε Μελανές Οπές για αυτήν την ύλη, αλλά το γεγονός ότι για τις Μελανές Οπές δεν γνωρίζουμε πολλά πράγματα και δεν βλέπουμε κάποια δομή που μπορούμε να μελετήσουμε, καλό είναι να στραφούμε προς το επόμενο εξωτικό υπέρπυκνο αντικείμενο, τους Αστέρες Νετρονίων. Τα μοντέλα με τα οποία επεξεργαζόμαστε και ερευνούμε τις δομές αυτές με την προσθήκη σκοτεινής ύλης, μας δείχνουν ότι η Σκοτεινή Ύλη σε Αστέρες Νετρονίων και σε Δυαδικά Συστήματα Αστέρων Νετρονίων έχουν εμφανείς και ισχυρές επιδράσεις στις παραμέτρους τις οποίες μπορούμε να παρατηρήσουμε. Παράμετροι όπως η Παραμόρφωση λόγω Παλιρροιακών δυνάμεων, η ολική μέγιστη Μάζα και η Ακτίνα του ΑΝ είναι κάποια από αυτά τα μεγέθη. Στην εργασία αυτή χρησιμοποιούμε το μοντέλο του Dark Matter Halo, που στην ουσία Σκοτεινή Ύλη προσκολλάται στον Αστέρα Νετρονίων και φτάνει μέχρι μια ακτίνα. Είναι πολύ σημαντικό μοντέλο γιατί με αυτό το μοντέλο έρχονται τεράστιες διαφορές στις Παλιρροιακές Δυνάμεις και στην Παραμόρφωση των Αστέρων Νετρονίων από το σφαιρικό τους σχήμα. Περιγράφουμε λοιπόν αυτές τις αλλαγές που προκύπτουν από το μοντέλο σε πολλά σχήματα με κύριο διάγραμμα αυτό της Μάζας Σκοτεινής Ύλης με το Λ, την αδιάστατη παράμετρο της Παραμόρφωσης που αναφέραμε παραπάνω. Έπειτα τα αναλύουμε και τα συζητάμε καταλήγοντας σε κάποια συμπεράσματα για την σκοτεινή ύλη. Οι Φυσικοί λοιπόν έχουν βρει στοιχεία για την ύπαρξη αυτής της Σκοτεινής Ύλης. Η επόμενη ερώτηση που προκύπτει προέρχεται από την Σωματιδιακή Φυσική και είναι «Ποιο είναι το Σωματίδιο της Σκοτεινής Ύλης;». Έτσι λοιπόν, εμείς «κυνηγάμε» για Σκοτεινή Ύλη, ψάχνοντας για αλλαγές στα προαναφερόμενα μεγέθη. Ο τρόπος με τον οποίο επέρχονται αυτές οι αλλαγές και το πόσο αλλάζουν σε σχέση με την συνήθη ύλη και θεωρία θα καθορίσει τη φύση αυτού του Σκοτεινού Σωματιδίου και της Σκοτεινής Ύλης γενικά, η οποία παραμένει «άφαντη» και μας ξεφεύγει, παρά τις τεράστιες προσπάθειες μας να την βρούμε και να την ταυτοποιήσουμε.