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

               Считается, что Вселенная в основном состоит из темной материи. Однако, из-за того, что она не взаимодействует со светом таким же образом, как это делает обычная материя, ее можно наблюдать только посредством ее гравитационных эффектов. Тем не менее, ключ к ее изучению может заключаться в звездообразовании в карликовых галактиках.

Рис. Звездообразование в маленьких карликовых галактиках может медленно нагревать темную материю, выталкивая ее от центра. Изображение слева показывает плотность водородного газа в симулированной карликовой галактике (вид сверху). Изображение справа показывает то же самое, но в реальной карликовой галактике IC 1613. В симуляции, повторный приток и отток газа приводит к гравитационным флуктуациям в центре карлика. В ответ на это, темная материя мигрирует из центра галактики. Этот эффект называется «нагреванием темной материи» / © J. Read et al.

                            Во время формирования звезд, сильный ветер может расталкивать газ и пыль из центра галактики. В результате, галактический центр уменьшается в массе, а это в свою очередь влияет на то, сколько гравитации испытывает оставшаяся темная материя. При меньшем гравитационном притяжении темная материя получает энергию и мигрирует из центра галактики – этот эффект называют «нагреванием темной материи».

               Команда астрофизиков измерила количество темной материи в центрах 16 карликовых галактик с очень разной историей звездообразования. Они обнаружили, что галактики, звездообразование в которых прекратилось очень давно, имели большие плотности темной материи в своих центрах, чем те, в которых звезды еще продолжают формироваться. Это поддерживает теорию о том, что в более старых галактиках нагревание темной материи происходит меньше.

               «Мы нашли поистине замечательное взаимоотношение между количеством темной материи в центрах этих маленьких карликов и звездообразованием, испытанных ими за время своего существования, – объясняет ведущий автор исследования, профессор Джастин Рид. – Похоже, что темная материя в центрах звездообразующих карликов «разогревалась» и вытеснялась».

               Эти данные накладывают новые ограничения на модели темной материи: она должна быть способна формировать карликовые галактики, демонстрирующие диапазон центральных плотностей, которые должны соответствовать количеству звездообразования.

               «Это исследование может быть «самым горячим» доказательством, на шаг приближающим нас к пониманию того, что такое темная материя. Наше открытие того, что она может нагреваться и перемещаться помогает мотивировать к поиску частицы темной материи», – говорит соавтор исследования, профессор Мэтью Уокер.

               Команда надеется расширить работу, измерив центральную плотность темной материи в большей выборке карликовых галактик, изучив еще более тусклые галактики и протестировав больший диапазон моделей темной материи.

naked-science.ru, 4 января 2019

https://naked-science.ru/article/astronomy/astrofiziki-zaregistrirovali

Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. 2019

Джастин Рид (J. Read) и др.

Университет Суррея, Университет Карнеги – Меллона и Швейцарская высшая техническая школа Цюриха

https://dx.doi.org/10.1093/mnras/sty3404

Глава 11-3-8

Темная материя пока никого не убила – и это дает нам информацию о ее природе

Июль 2019

До сих пор еще никто из людей на нашей планете не вкатился в больницу кубарем с диким воплем и дымящейся раной, похожей на отверстие от светового меча джедая – и это дает нам информацию о природе темной материи, согласно новому исследованию.  Статья опубликована на сервере научных препринтов arxiv.org.

               Никто точно не знает, что собой представляет темная материя; эта таинственная субстанция не излучает света, поэтому ее невероятно трудно изучать. Исследователи делают вывод о наличии темной материи, исходя из ее гравитационного влияния на звезды и галактики. Физики предлагали различные элементарные частицы-кандидаты на роль частиц темной материи, включая аксионы, слабо взаимодействующие массивные частицы (ВИМПы), а также «стерильные нейтрино». Однако, согласно другим гипотезам, темная материя может состоять из более крупных объектов, имеющих массу свыше одного грамма. Эти гипотетические макроскопические объекты, состоящие из темной материи, или «макро», могут быть экстремально компактными и иметь плотность вещества, сравнимую с плотностью атомных ядер. Если это так, то для обеспечения необходимой плотности распределения массы темной материи во Вселенной требуется отнюдь не много «макро» - и это может объяснять сложность их обнаружения.

               В новом исследовании ученые во главе с Джагджитом Сингхом Сидху (Jagjit Singh Sidhu), студентом докторантуры Университета Кейс Вестерн Резерв, США, указали на красноречивые «детекторы» макро из темной материи – человеческие тела.

               Макро, если они существуют, вероятно, движутся сквозь пространство со скоростями порядка 900 000 километров в час по отношению к нашей Солнечной системе. Если такое макро пройдет сквозь гранитную столешницу, то оно испарит часть материала, и след от его прохождения будет виден даже после того, как камень вновь затвердеет. Аналогичное прохождение макро сквозь человеческое тело привело бы к очень неприятным последствиям для организма, рассуждают авторы работы, поэтому отсутствие зарегистрированных обращений позволяет наложить определенные ограничения на размер и массу гипотетических макрообъектов из темной материи. В частности, это позволило исключить существование «крупных и легких» макро: так, макро размером свыше одного микрона (1/1000 миллиметра) и/или массой менее 50 килограммов, вероятно, составляют лишь небольшую долю от общего количества макрообъектов из темной материи, делает вывод команда Сидху.

astronews.ru, 27 июля 2019

Сервер научных препринтов arxiv.org. 2020

Джагджит Сингхм Сидху (Jagjit Singh Sidhu), студент докторантуры Университета Кейс Вестерн Резерв, США

Глава 11-3-9

«Хаббл» нашел самые маленькие сгустки темной материи 

Январь 2020

               Гравитационное линзирование помогло космическому телескопу «Хаббл» обнаружить самые маломассивные скопления темной материи. Массы этих образований находятся в диапазоне миллионов солнечных — это на 5–6 порядков ниже массы крупной галактики, например, Млечного Пути. Изучение обнаруженных сгустков поможет отбросить неправильные теории о природе темной материи и приблизиться к понимаю правильной, сообщили на съезде Американского астрономического общества.

               При анализе ряда астрономических наблюдений с учетом только известных физических законов и видов вещества могут возникать несоответствия: например, проблема кривых вращения галактик. Для их объяснения ученые выдвигают различные теории, которые обычно называются моделями темной материи. Большинство из них предполагает, что темная материя — это новый компонент Вселенной, а состоит она из частиц без электромагнитного взаимодействия. В таком случае частицы темной материи могут формировать сгустки — подобно тому, как обычная материя собирается в галактики.

               Многие предложенные варианты темной материи дают одинаковые предсказания для величин, которые сейчас можно проверить достоверно: например, параметры