Краткая история астрономии. Том 11. Темная материя

Глава 11-4-12
Темная материя замедляет вращение перемычки нашей Галактики

Март 2021

Скорость вращения галактической перемычки Млечного пути, состоящей из миллиардов плотно сконцентрированных звезд, уменьшилась почти на четверть с момента ее формирования, согласно новому исследованию. Работа опубликована в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

В этом новом исследовании группа под руководством Римпэи Чибы (Rimpei Chiba) проанализировала данные наблюдений, проведенных при помощи космического телескопа Gaia («Гея»), крупной группы звезд, потока Геркулес, которые находятся в резонансе с перемычкой – то есть, они обращаются вокруг центра Галактики с той же скоростью, что и перемычка. Аналогичное явление наблюдается в случае троянских и греческих астероидов Юпитера, которые движутся по орбите гигантской планеты, находясь в точках Лагранжа (перед Юпитером и позади него). Если вращение перемычки замедлялось, эти звезды должны были мигрировать в сторону периферии Галактики, чтобы сохранить период обращения неизменным.

В ходе анализа Чиба и его коллеги обнаружили, что звезды этого потока обогащены металлами (элементами тяжелее водорода и гелия) – и это стало подтверждением версии о миграции звезд потока из центра Галактики, где содержание металлов в веществе звезд в 10 и более раз превышает содержание металлов в веществе звезд внешней части Млечного пути.

Выяснилось, что перемычка – состоящая из миллиардов звезд общей массой в триллионы масс Солнца – замедлилась не менее чем на 24 процента с момента своего формирования.

Согласно авторам, такое замедление перемычки Млечного пути является важным подтверждением гипотезы темной материи, поскольку альтернативные теории гравитации не предполагают снижения скорости вращения перемычки Галактики.

_{astronews.ru, 15 июня 2021}

_{https://www.astronews.ru/cgi-bin/mng.cgi?page=news&news=20210615091301}

_{Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. 2021}

_{Римпэи Чиба (RimpeiChiba). Университет Оксфорд}

Глава 11-4-13
Ученые пересмотрели количество ультралегкой темной материи в Млечном Пути

Ноябрь 2023

Продолжительные наблюдения за таймингом сигналов пульсаров позволили наложить ограничения на количество частиц ультралегкой темной материи. Согласно новым данным, ультралегкие частицы точно не могут составлять 100% темной материи в Млечном Пути. Результаты исследования опубликованы в Physical Review Letters.

Природа темной материи — одна из главных загадок современной астрофизики. Многие наблюдения и расчеты указывают на существование «невидимого» вещества, которое взаимодействует с «обычной» барионной материей лишь гравитационно. В их числе — что-то невидимое, «раскручивающее» внешние области галактических дисков быстрее положенных скоростей, движение скоплений галактик, расчеты по реликтовому излучению, колебания плотности барионной материи и другие.

Так как темная материя не взаимодействует с излучением, астрофизики не могут изучать ее привычными методами. Поэтому они ищут альтернативные способы. Межнациональная группа ученых European Pulsar Timing Array использует для поиска темной материи миллисекундные пульсары. Они собирают данные на протяжении почти четверти века.

Наблюдая за таймингом сигналов, приходящих от этих космических «маяков», группа старается оценить плотность ультралегких частиц темной материи. Если она существует, то должна искажать время между «вспышками» пульсаров. В новой работе ученые проанализировали уже второй набор данных наблюдений от шести европейских радиотелескопов.

«Идея [исследования] появилась, когда я спросил моего куратора, могу ли я продолжить исследования в сфере гравитационных волн, но с точки зрения физики элементарных частиц. Главной целью этого проекта было наложить ограничения на существование так называемой ультралегкой темной материи в нашей Галактике», — объясняет Клемент Смарра, один из авторов новой научной работы.

Благодаря более продолжительным и точным данным наблюдений ученым удалось определить, что гипотетические ультралегкие частицы с массой от 10^−24.0 до 10^−23,3 электронвольт не могут составлять всю темную материю в окрестностях Млечного Пути.

Модель холодной темной материи успешно объясняет многие аспекты масштабной структуры Вселенной, но не так хорошо работает на расстояниях меньше килопарсека. Например, согласно наблюдениям, плотность темной материи внутри галактик постоянна, а по модели — меняется от центра к краям. Другая известная проблема — «неправильное» количество галактик-спутников у Млечного Пути.

_{naked-science, 27 ноября 2023, Дарья Г.}

_{https://naked-science.ru/article/astronomy/ultralight-dm}

_{Журнал Physical Review Letters. Ноябрь2023}

_{Межнациональная группа ученых European Pulsar Timing Array}

_{https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.131.171001}