Краткая история астрономии. Том 11. Темная материя

Глава 11-2-8
Пик на графике рентгеновского фона Вселенной указывает на темную материю

Февраль 2017

До настоящего времени так и не было получено прямого доказательства существования темной материи. В новом исследовании ученые проанализировали данные, полученные рентгеновской обсерваторией НАСА «Чандра». На графиках, построенных на основе рентгеновских наблюдений, ученые обнаружили неожиданный пик, соответствующий энергии примерно 3500 Вольт. Команда указывает в своей работе, что если наличие этого пика связано с темной материей, то излучение должно идти от такой материи, находящейся в области пространства вокруг Млечного пути. Исследователи также отмечают, что высота этого пика хорошо согласуется с гипотезами, объясняющими распределение темной материи по объему Млечного пути, в соответствии с которыми аналогичный источник рентгеновского сигнала, расположенный в центре Млечного пути, должен демонстрировать более высокую интенсивность сигнала, соответствующую больше плотности темной материи в областях пространства с повышенной концентрацией звезд.

Этот таинственный рентгеновский сигнал наблюдался не одной, а несколькими научными группами, его происхождение не обязательно может быть связано с темной материей. Однако согласно некоторым гипотезам такие пики могут соответствовать распаду темной материи, косвенно подтверждая в этом случае её существование.

_{astronews.ru, 5 февраля 2017}

_{https://www.astronews.ru/cgi-bin/mng.cgi?page=news&news=9380}

Глава 11-2-9
Следы темной материи найдены в галактике Андромеды

Февраль 2017

Группа исследователей из НАСА обнаружила необъяснимые избытки гамма-излучения в галактике Андромеды, также известной как M31. Это могут быть следы темной материи, говорится на сайте агентства.

«Мы полагаем, что темная материя накапливается во внутренних областях Млечного Пути и других галактик, поэтому обнаружение настолько четкого следа нас очень сильно заинтересовало, — рассказал астрофизик Пьерик Мартен (Pierrick Martin). М31 станет ключом к разгадке того, что происходит внутри Андромеды и Млечного Пути».

Открытие было сделано с помощью гамма-телескопа Ферми, который в 2009 году запечатлел первые следы темной материи в виде излишка гамма-излучения в центре Млечного Пути. Из-за того, что яркость этого излучения превышала теоретически предсказанные значения, ученые предположили, что его источником были распады сталкивающихся вимпов (гипотетических слабо взаимодействующих массивных частиц).

_{https://lenta.ru/news/2017/02/22/dark_matter}/

Глава 11-2-10
Физик объяснил неудачи при регистрации темной материи отталкиванием

Ноябрь 2017

Частицы темной материи не удается обнаружить напрямую из-за того, что они отталкиваются от частиц обычной материи, считает физик из Брукхейвенской национальной лаборатории Хуман Давудиазл (Hooman Davoudiasl). По его расчетам, опубликованным в Physical Review D, если радиус действия этой отталкивающей силы сопоставим с радиусом Земли или превышает его, частиц темной материи около планеты просто нет, и физикам нечего детектировать.

Обнаружить гравитационное действие темной материи несложно, например, наблюдая за движением галактик или искажением света, проходящего мимо галактических скоплений. Однако в прямых экспериментах, предполагающих, что электроны или атомные ядра должны рассеиваться на частицах темной материи (пусть и очень слабо), она до сих пор себя не проявила.

В данной работе физик Хуман Давудиазл (Hooman Davoudiasl) предложил объяснить отсутствие прямых наблюдений темной материи тем, что рядом с Землей ее попросту нет. Для этого ученый предположил, что взаимодействие между частицами темной и обычной материи осуществляется посредством бозона с очень маленькой массой (порядка 10⁻¹⁴ электронвольт), так что между этими частицами возникает сила отталкивания, которая имеет радиус действия, сравнимый с радиусом Земли. Такой подход к описанию взаимодействий используется в теоретической физике с тех пор как Юкава объяснил взаимодействие между адронами с помощью пиона (только его масса составляет примерно 10⁸ электронвольт, и радиусы соответствующих сил получаются в 10²² раз меньше).

В результате вокруг Земли возникает эффективный потенциал, в котором частицам темной материи энергетически невыгодно находиться близко от планеты. Казалось бы, они все еще могут преодолеть этот потенциал, если имеют достаточную кинетическую энергию. Однако максимально возможная кинетическая энергия частиц оказывается равной примерно 200 мегаэлектронвольт. Это намного меньше высоты возникающего потенциального барьера (~10 гигаэлектронвольт), поэтому преодолеть его частицы не могут.

Впрочем, нужно иметь в виду, что статья физика является чисто теоретической и предполагает только один из способов объяснить неудачи экспериментов по прямому детектированию. Более того, в этой статье теоретик не приводит никаких аргументов в пользу существования такой эффективной отталкивающей силы (кроме невероятно малых значений для сечения взаимодействия, полученных в экспериментах) и не вычисляет массу предложенного бозона каким-либо независимым способом. Тем не менее, экспериментально проверить эту гипотезу в принципе можно. Например, учет этого взаимодействия должен привести к поправкам при гравитационном линзировании на скоплениях галактик. Кроме того, если масса бозона достаточно мала и радиус действия сил оказывается сравним с радиусом орбиты Земли, в течение года число прямых регистраций рассеяния частиц темной материи на нуклонах будет изменяться, и эту зависимость можно померить экспериментально.

_{nplus1.ru, 22 ноября 2017, Дмитрий Трунин}

_{https://nplus1.ru/news/2017/11/22/dark-repulsion}

_{Журнал Physical Review D}

_{Хуман Давудиазл (Hooman Davoudiasl), Брукхейвенская национальная лаборатория}

_{https://journals.aps.org/prd/abstract/10.1103/PhysRevD.96.095019}