Краткая история астрономии. Том 11. Темная материя - Владимир Анатольевич Моисеев
Июнь 2017
Исследователи из Института фундаментальных исследований Тата, Индия, предложили теорию, согласно которой скорость аннигиляции темной материи в пределах Млечного пути может превосходить скорость ее аннигиляции в других, больших и меньших по размерам галактиках, а также в галактиках ранней Вселенной.
Анирбан Дас (Anirban Das) вместе со своим научным руководителем доктором Басудебом Дасгуптой (Basudeb Dasgupta) рассматривали эту гипотезу, поскольку пока нет свидетельств аннигиляции темной материи – за исключением некоторых сигналов, идущих из Млечного пути, которые были замечены при помощи детекторов PAMELA и AMS02, а также космической гамма-обсерватории «Ферми» (Fermi). Если дальнейшие наблюдения подтвердят, что эти сигналы действительно относятся к аннигилирующей темной материи, при этом аналогичные сигналы в других галактиках Вселенной так и не будут обнаружены, то версия Даса и Дасгупты может стать одной из немногих гипотез, объясняющих «уникальность» Млечного пути.
В новом исследовании показано, что «необычность» Млечного пути в отношении скорости аннигиляции темной материи может объясняться симметрией аннигилирующих частиц темной материи. Более того, в исследовании предсказывается, что темная материя состоит более чем из одного вида частиц, и взаимодействие между этими частицами осуществляется при помощи частиц небольшой массы. Гипотеза должна быть проверена дальнейшими наблюдениями.
astronews.ru, 26 июня 2017
Глава 11-2-4
Астрономы не нашли следов аннигиляции темной материи после 413 недель наблюдений
Март 2018
Американские ученые исследовали гамма-излучение 495 галактик из каталогов T15 и T17, которое телескоп Ферми регистрировал в течение восьми лет. Ученые снова не нашли следов аннигиляции частиц темной материи, но установили ограничение на сечение процесса и проверили результаты предыдущей работы, в которой рассматривались только карликовые сфероидальные галактики. Статья опубликована в Physical Review D.
Существование темной материи подтверждается множеством данных по гравитационному линзированию и измерению кривых вращения галактик, однако «живьем» ее никто никогда не видел. Ученые пытаются поймать ее с помощью огромных детекторов, следят за «невидимыми» распадами частиц, ищут на коллайдерах следы гипотетических темных фотонов — однако до сих пор следов темной материи зарегистрировано не было. Неудачи заставляют экспериментаторов разрабатывать альтернативные способы поиска темной материи.
В частности, некоторые теории предполагают, что частицы темной материи должны аннигилировать и рождать обычные фотоны, которые можно поймать с помощью детекторов. Сами по себе такие процессы могут происходить очень редко, но в галактических гало частиц темной материи должно быть много, и аннигиляция станет заметной. В результате галактики будут излучать в гамма-диапазоне, и этот сигнал можно отделить от излучения, возникающего в других астрофизических процессах, и зарегистрировать.
Группа ученых под руководством Бенджамина Сафди (Benjamin Safdi) использовала этот гипотетический процесс для поиска темной материи. Исследователи сравнили рассчитанный поток с экспериментальными данными, собранными телескопом Ферми (Fermi Gamma-ray Space Telescope) за период с августа 2008 по июль 2016 года. В течение всего этого периода телескоп регистрировал гамма-излучение в диапазоне энергий от 502 мегаэлектронвольт до 251 гигаэлектронвольта.
В результате исследователи получили ограничение на сечение аннигиляции гипотетических частиц с массами от десяти до десяти тысяч гигаэлектронвольт. Поскольку остаточный поток гамма-излучения оказался небольшим, ограничение получилось очень сильным.
Ранее ученые уже исследовали с помощью телескопа Ферми аннигиляцию темной материи, образующей гало, которые окружают карликовые сфероидальные галактики. Такие галактики содержат большое количество темной материи (много больше, чем масса входящих в их состав звезд), а потому рассчитанные с их помощью ограничения на сечение аннигиляции частиц темной материи немного точнее, чем результаты новой работы. С другой стороны, данные измерений карликовых галактик подвержены большим систематическим ошибкам, а новая работа проверяет этот результат независимым способом.
В конце ноября прошлого года китайская космическая обсерватория DAMPE с хорошим разрешением и низким уровнем шума измерила энергетический спектр космических электронов и позитронов. Это позволило подтвердить «провал» на энергиях больше одного тераэлектронвольта и нащупать резкий «всплеск» на энергии около 1,4 тераэлектронвольт, который может указывать на аннигиляцию или столкновение частиц темной материи. Или оказаться статистической флуктуацией — пока что DAMPE еще не успел собрать достаточно данных, чтобы исключить такую возможность.
nplus1, 13 марта 2018, Дмитрий Трунин
https://nplus1.ru/news/2018/03/13/no-DM-annihilation
Physical Review D, 2018
Бенджамин Сафди (Benjamin Safdi)
Телескоп Ферми (Fermi Gamma-ray Space Telescope)
https://journals.aps.org/prd/abstract/10.1103/PhysRevD.97.063005
Глава 11-2-5
Распределение материи и гамма-лучей указало на аннигиляцию темной материи
Март 2020
Астрономы сравнили распределение материи во Вселенной с фоновым гамма-излучением и обнаружили корреляции между ними. Основную долю сигнала можно объяснить влиянием неярких блазаров, но часть должна быть связана либо с новой популяцией объектов с необычными свойствами, либо с принципиально иным классом источников. Не исключено, что он представляет собой аннигиляцию частиц темной материи. Статья опубликована в журнале Physical Review Letters.
Ряд астрономических наблюдений показывает, что помимо известного вещества во Вселенной присутствует и компонент другой природы, получивший название темной материи. Согласно наиболее популярным гипотезам, темная материя состоит из частиц с массами порядка протона или больше.
Некоторые теории устройства темной материи предполагают, что ее частицы могут аннигилировать при реакции друг с другом. В таком случае они должны превращаться в пары других частиц, в том числе фотонов высоких энергий. Поиски подобных сигналов продолжаются уже несколько лет, но убедительных данных пока получено не было.
Одно из наблюдательных указаний на существование темной материи заключается в существенно большей гравитационной массе галактик и их скоплений, чем можно предположить на основе содержащихся в них звезд. Такой вывод можно сделать, изучая искривление лучей света от гравитационного линзирования.
Группа ученых при участии Симона Аммаццалорсо (Simone Ammazzalorso) из Туринского университета провела сравнение карты слабого линзирования, полученной в рамках обзора DES, и распределения фоновых гамма-источников по данным космического телескопа «Ферми». Оказалось, что положение гравитационных линз, за которое в первую очередь должна отвечать темная материя, коррелирует с координатами высокоэнергетических квантов света. Авторы отмечают, что другие авторы ранее пытались найти подобный сигнал с использованием других данных, но ни одной группе исследователей этого не удалось.
Анализ показал, что большая часть сигнала приходится на небольшие угловые масштабы (менее 0,3 градусов) и высокие энергии. Такое влияние проще всего объяснить присутствием фоновой популяции точечных источников с жестким спектром (крутой зависимостью потока от частоты) с показателем порядка 1,8. На роль таких объектов подходят блазары —
