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

рассмотреть оптический фон в деталях, которые недоступны никаким другим инструментам. Оказалось, что его излучение вдвое ярче, чем можно предсказать с помощью существующих теорий и моделей. Теперь астрофизики из Университета Джонса Хопкинса выдвинули гипотезу о том, что избыток излучения может быть связан с темной материей.      Существует множество гипотез, предсказывающих свойства частиц темной материи. Среди кандидатов —аксионы, которые могут быть крайне легкими и многочисленными. Теоретически их масса должна быть на много порядков меньше, чем у крупных бозонов, а при распаде они должны излучать пару фотонов. Поиск аксионов или создаваемого ими излучения продолжается давно, но до сих пор не дал никаких результатов.

               Авторы новой статьи предполагают, что обнаружить их можно в межзвездном оптическом фоне. По расчетам ученых, избыточное излучение может возникать из-за распада аксионов в экстремально мощном магнитном поле, при массе частиц в пределах 8-20 электронвольт. Это намного больше, чем предсказывают некоторые теории, — сотые и тысячные доли электронвольт. Для сравнения, масса электрона составляет около 0,5 мегаэлектронвольта.

naked-science , 05 декабря 2022, Сергей Васильев

https://naked-science.ru/article/astronomy/temnaya-materiya-mozhet-svetitsya-yarche

Physical Review Letters, декабрь 2022, Университет Джонса Хопкинса

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.129.231301

Часть 11-3

Новая эпоха в поисках темной материи 

Содержание

(том – часть – глава)

11-3-1. Темная материя выдаст себя разогревом нейтронных звезд

11-3-2. Распады нейтрона указали на существование темной материи

11-3-3. Эксперименты не нашли распады нейтрона на фотон и темную материю

11-3-4. Проверка модели Форнала и Гринштейна

11-3-5. Темная материя замедлила гравитационные волны. Но заметить это замедление не получится

11-3-6. Новая эпоха в поисках темной материи

11-3-7. Астрофизики зарегистрировали движение темной материи

11-3-8. Темная материя пока никого не убила – и это дает нам информацию о ее природе

11-3-9. «Хаббл» нашел самые маленькие сгустки темной материи

11-3-10. Новая элементарная частица может оказаться «атомом» темной материи

11-3-11. Темные аксионы ограничили с помощью нейтронных звезд

11-3-12. Пульсары могут подсветить темную материю

Глава 11-3-1

Темная материя выдаст себя разогревом нейтронных звезд 

Февраль 2018

Американские физики исследовали падение темной материи на нейтронную звезду и показали, что параметры взаимодействия частиц обычной и темной материи связаны с температурой звезды. Более того, для некоторых моделей этот способ позволяет получить оценки, которые превосходят существующие оценки, найденные в экспериментах по прямому поиску темной материи. Статья опубликована в Physical Review D.

Темная материя необходима для объяснения кривых вращения и гравитационного линзирования на галактиках с «недостающей» массой, и большинство физиков уверены в ее существовании. К сожалению, в экспериментах по прямому детектированию частицы темной материи до сих пор не были найдены. Это заставляет физиков задумываться о природе темной материи, а также искать альтернативные способы ее детектирования.

               Например, в новой статье физики из Калифорнийского и Нотр-Дамского университетов предложили искать темную материю с помощью нейтронных звезд. Из-за огромной силы притяжения такие звезды должны очень эффективно захватывать частицы — поток темной материи, падающей на типичную нейтронную звезду, оценивается приблизительно в 25 грамм в секунду. Из-за этого нейтронные звезды должны заметно разогреваться, и наблюдая за ними в инфракрасном диапазоне, можно определить сечение взаимодействия частиц обычной и темной материи.

               Стоит отметить, что на данный момент у астрономов нет инструментов, с помощью которых можно было бы измерить температуру нейтронных звезд и увидеть предсказанное авторами статьи разогревание. Тем не менее, инфракрасный космический телескоп «Джеймс Уэбб» сможет выполнить такие измерения. В этом случае наблюдения уже за одной-единственной нейтронной звездой будет достаточно, чтобы уточнить величину сечения взаимодействия частиц обычной и темной материи.

               В ноябре прошлого года физик-теоретик из Брукхейвенской национальной лаборатории предложил объяснить неудачи экспериментов по прямому поиску темной материи тем, что частицы темной материи обходят Землю стороной, и детектировать попросту нечего. В своей статье он рассматривает гипотетическую силу отталкивания, которая быстро затухает (экспоненциально) при удалении от массивных объектов и становится незаметной на масштабах галактик, но не дает частицам темной материи приблизиться к таким телам, как Земля или Солнце. Если гипотеза физика верна (а подтверждений у нее пока что нет), работа американских физиков не имеет смысла, поскольку темная материя не будет падать на нейтронные звезды и разогревать их.

nplus1, 12 февраля 2018, Дмитрий Трунин

https://nplus1.ru/news/2018/02/12/dark-neutron

Статья опубликована в Physical Review D.

Физики из Калифорнийского и Нотр-Дамского университетов

https://journals.aps.org/prd/abstract/10.1103/PhysRevD.97.043006

Глава 13-3-2

Распады нейтрона указали на существование темной материи

Май 2018

Физики из Калифорнийского университета в Сан-Диего предложили объяснить с помощью темной материи расхождение между «бутылочными» и «пучковыми» экспериментами по определению времени жизни свободного нейтрона. Для этого около одного процента распадов нейтронов должно содержать в качестве конечного продукта частицу темной материи, масса которой практически совпадает с массой протона. Статья опубликована в Physical Review Letters.

               В связанном состоянии (внутри атомного ядра) нейтроны могут жить неограниченно долго, однако свободные нейтроны быстро распадаются. Как правило, продуктами такого распада выступает протон, электрон и электронное антинейтрино.

               Время жизни нейтрона можно измерить двумя легко реализуемыми на практике способами. В первом типе экспериментов ученые охлаждают частицы до низкой температуры, помещают их в гравитационную ловушку и измеряют, как число нейтронов в ловушке N зависит от времени. Во втором типе экспериментов физики получают пучок нейтронов и измеряют, сколько в нем содержится протонов, образовавшихся в результате бета-распада. Это позволяет определить скорость распада, а следовательно, время жизни нейтрона.

               Но результаты измерений, выполненных различными способами, отличаются почти на десять секунд.

               Причинами подобного расхождения могут быть как систематические ошибки, упущенные из виду сразу несколькими группами экспериментаторов, так и фундаментальные механизмы, указывающие на физику за пределами Стандартной модели.

               Физики Бартош Форнал (Bartosz Fornal) и Бенджамин Гринштейн (Benjamín Grinstein) предлагают объяснить расхождение между результатами различных экспериментов с помощью темной материи. В самом деле, в «пучковом» способе предполагается, что в результате распада сто процентов нейтронов превращается в протоны плюс еще какие-нибудь менее массивные частицы (фотоны, нейтрино и так далее). Если же небольшая часть этих распадов будет происходить по «невидимому» каналу, то есть будет содержать в качестве конечных продуктов частицу темной материи, очень слабо взаимодействующую с веществом, то скорость распада занижается, и экспериментаторам кажется, будто нейтроны живут немного дольше.

               Хотя статья физиков в Physical Review Letters вышла