Краткая история астрономии. Том 11. Темная материя - Владимир Анатольевич Моисеев

               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

Глава 11-2-11

Астрофизики считают, что темная материя должна быть «идеально черной»

Апрель 2018

Специалисты считают, что частицы так называемой темной материи все же взаимодействуют друг с другом при столкновении галактик. А это доказывает гипотезу, что темная материя практически полностью черная, говорится в статье, которая на этой неделе была опубликована в журнале MNRAS.

               В настоящее время ученое сообщество занимается поиском так называемой темной материи, но пока конкретные результаты исследовательской работы не получены. Ричард Мэсси, представляющий Даремский университет в Великобритании, заявил, что почти все новые данные, которые ученые получают о темной материи, противоречат друг другу.

               Это приводит к тому, что фактически обнуляется вся предыдущая исследовательская работа, которая проводилась по темной материи до получения новых данных. Если темная материя в обозримом будущем так и не вступит в контакт с видимой Вселенной, то ученые не смогут получить нужные им данные для построения модели существования такой структуры.

               В течение длительного времени ученое сообщество было уверено, что наша Вселенная состоит только из той материи, которую мы можем наблюдать. Такая материя структурно состоит из звезд, туманностей, галактик, скоплений пыли и черных дыр. Однако в ходе наблюдения за скоростью перемещения звезд в ближайших к нам галактиках было установлено, что звезды движутся с такой гигантской скоростью, которая более чем в десять раз превышает расчеты, проводимые на базе масс всех космических светил.

               Именно тогда была высказана гипотеза о существовании так называемой темной материи – загадочной структуры, на долю которой приходится до 75% массы всей материи в нашей Вселенной. То есть получается, что в среднем, на территории каждой галактики примерно в десять раз больше темной материи, которая удерживает звезды в пределах этой зоны и не позволяет им переместиться в другую галактику.

               Все ученые уже признали факт существования темной материи, однако не могут выработать единую концепцию относительно механизма гравитационного воздействия материи на звездные скопления. Команда специалистов во главе с Ричардом Мэсси изучила данные с космического телескопа «Хаббл» о галактическом скоплении Aball 3827, находящемся на расстоянии около 1,4 миллиарда световых лет от Земли в созвездии Индейца. Изучив снимки с «Хаббла», специалисты установили, что частицы темной материи все же взаимодействуют друг с другом.

               Эти данные были перепроверены с помощью телескопа ALMA в чилийской пустыне Атакама. Было установлено, что материя не только взаимодействует со звездами, но и ее частицы взаимодействуют друг с другом. А это говорит только об одном, что получены новые результаты, которые могут разрушить всю исследовательскую работу за прошлые годы по изучению темной материи. Мэсси считает, что темную материю обнаружить практически невозможно, так как фактически она является идеально черной.

Astronews, 11 апреля 2018

http://www.astronews.ru/cgi-bin/mng.cgi?page=news&news=10820

Журнал MNRAS, 2018

Ричард Мэсси, Даремский университет в Великобритании

https://arxiv.org/abs/1708.04245

Глава 11-2-12

Найдена древняя галактика, переполненная темной материей  

Декабрь 2018

Согласно современным теоретическим моделям, в старых галактиках должно быть меньше темной материи, чем в современных. Однако обнаружение древней галактики в девяти миллиардах световых лет от Земли может привести к переосмыслению этих моделей. В новом исследовании, опубликованном в журнале Astrophysical Journal, астрономы из Техасского университета в Остине описывают необычную галактику, наполненную темной материей.

Рис. Галактика DSFG850.95 На композитном изображении пылевой звездообразующей галактики DSFG850.95 видны молодные звезды (окрашены в синий) и пыль (окрашена в красный) / © Patrick Drew (UT Austin)/STScI/ALMA

               Десятилетия наблюдений за галактиками показали, что почти у всех галактик есть огромные количества «темной материи»: более того, во Вселенной ее в пять раз больше, чем обычной, видимой материи.

               Большинство астрофизиков считают, что на ранних стадиях развития галактики темной материи в ней было немного. Считается, что галактики только со временем