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

               Полученные учеными данные о распределении темной материи со времен Большого взрыва могут перевернуть современное понимание физических законов, если подтвердятся.

               «Если дальнейшие данные покажут, что мы правы, это будет предполагать, что в нашем понимании Стандартной модели и Общей теории относительности чего-то не хватает», — говорит физик из Института теоретической физики имени Кавли Чиаки Хикаге.

               Хикаге и его коллеги проанализировали снимки 10 миллионов галактик, сделанные при помощи 870-мегапиксельного телескопа Subaru на Гавайях.

               Свет от некоторых галактик шел до Земли миллиарды лет. Учитывая этот факт, исследователи составили карту темной материи начиная со времен ранней Вселенной. Для этого ученым нужно было изучить, как сила гравитации изгибает свет.

               То, что они обнаружили, их удивило. Разработанная карта предполагает, что гигантская структура темной материи во Вселенной формировалась медленнее, чем считалось раньше. Похоже, эти результаты бросают серьезный вызов современному пониманию фундаментальных физических законов.

               Тем не менее, как отмечает Хикаге, новую карту необходимо сначала подтвердить, прежде чем делать далеко идущие выводы.

               «Приложив еще немного усилий, если нам удастся добиться более высокой точности, мы вполне можем найти что-то конкретное, — заявляет Хикаге. — Для меня это серьезный мотивирующий фактор».

naked-science.ru, 14 февраля 2019

https://naked-science.ru/article/astronomy/razrabotana-novaya-karta-temnoy

Препринт на arXiv.org

Чиаки Хикаге (Chiaki Hikage). Институт теоретической физики имени Кавли.

https://arxiv.org/abs/1809.09148

Глава 11-10-8

Обзор неба Dark Energy Survey дает новые сведения об эволюции Вселенной

Май 2021

               В 29 новых научных работах астрономы проекта Dark Energy Survey (DES) изучили крупнейшие карты распределения галактик, охватывающие область Вселенной размером более 7 миллиардов световых лет. Этот невероятно точный анализ, который включает данные, полученные при помощи обзора неба DES на протяжении первых трех лет его проведения, является самой убедительной проверкой лучшей современной модели устройства Вселенной, называемой Стандартной космологической моделью.

               Однако ряд фактов, обнаруженных в ранних данных, собранных при помощи эксперимента DES, а также в данных других экспериментов, показывает, что материя в современной Вселенной является на несколько процентов менее плотной, чем прогнозируется.

               Новые результаты, полученные в рамках обзора неба DES, основаны на самом крупном в истории космических наблюдений наборе галактик, наблюдаемых на участке размером свыше одной восьмой части неба, что позволило провести самые точные на сегодняшний день измерения параметров структуры Вселенной и ее роста.

               Обзор неба DES производит наблюдения ночного неба при помощи 570-мегапиксельной камеры Dark Energy Camera, установленной на 4-метровом телескопе им. Виктора Бланко, расположенном в Межамериканской обсерватории Серро-Тололо, Чили.

               На протяжении 6 лет, с 2013 г. по 2019 г., обзор неба DES задействовал 30 процентов времени на телескопе В. Бланко для наблюдений участка неба размером 5000 квадратных градусов – что соответствует примерно одной восьмой части неба – на протяжении 758 ночей, в результате чего в каталог были занесены сотни миллионов объектов. Эти новые результаты основаны на данных, полученных в течение первых трех лет – когда 224 миллиона галактик наблюдались на протяжении 345 ночей – которые позволили создать самые точные карты распределения галактик во Вселенной в относительно ранние эпохи ее развития.

               Поскольку обзор неба DES наблюдал как близлежащие галактики, так и галактики, находящиеся на расстояниях в миллиарды световых лет, то эти карты позволяют сравнить между собой крупномасштабную структуру современной Вселенной с аналогичной структурой ранней Вселенной и оценить эволюционные изменения.

AstroNews. 29 мая 2021

Часть 11-11

Инструменты поиска темной материи 

Содержание

(том – часть – глава)

11-11-1. Природа частиц тёмной материи

11-11-2. Физическое обнаружение гипотетических частиц тёмной материи

11-11-3. Попытки. Справка

11-11-4. ADMX

11-11-5. Пьер Сикиви

11-11-6. CDMS

11-11-7. В Канаде начали строить самый точный детектор темной материи

11-11-8. Проект XENON

11-11-9. Коллаборация DarkSide

Глава 11-11-1

Природа частиц тёмной материи

               Тёмная материя определяется по гравитационному взаимодействию с обычным веществом и излучением. Гипотетические частицы холодной темной материи — медленные (нерелятивистские), они очень слабо взаимодействуют друг с другом и с обычной материей и не излучают фотонов. Они подразделяются на слабо взаимодействующие массивные частицы (WIMP — weakly interacting massive particles) и слабо взаимодействующие легкие частицы (WISP — weakly interacting slim particles).

               WIMP — это в основном частицы из теории суперсимметрии (суперсимметричные партнеры обычных частиц Стандартной модели) с массами больше нескольких килоэлектронвольт, такие как фотино (суперпартнер фотона), гравитино (суперпартнер гипотетического гравитона), и т. д. Наилучшим кандидатом на звание частицы темной материи из числа WIMP ученые сейчас считают нейтралино — это квантовая «смесь» суперпартнеров Z-бозона, фотона и бозона Хиггса.

               На данный момент частицы с необходимыми свойствами открыты не были, но многие расширения стандартной модели предсказывают существование таких частиц. Поиск вимпов включает попытки прямого обнаружения высокочувствительными детекторами, а также попытки их создания на ускорителях частиц. Вимпы обычно рассматривают как наиболее вероятные кандидаты в составляющие тёмной материи.

               Основной кандидат из группы WISP — аксион, возникающий в теории сильного взаимодействия и имеющий очень малую массу. Эта очень легкая (миллионные доли электронвольта) стабильная и электрически нейтральная частица способна в очень сильных магнитных полях превращаться в фотон-фотонную пару, что дает намек на то, как можно попытаться ее обнаружить в эксперименте.

               Аксионы обладают теоретическим преимуществом, поскольку их существование может решить одну из проблем квантовой хромодинамики, но пока эти частицы обнаружены не были.

               Не исключено, что темная материя — это MACHO или массивные компактные объекты гало являются крупными плотными объектами, такими как чёрные дыры, нейтронные звёзды, белые карлики, очень слабые звёзды или несветящиеся объекты типа планет. Поиск таких объектов заключается в использовании метода гравитационного линзирования для обнаружения влияния таких объектов на изображения галактик фона. Большинство экспертов считает, что ограничения, полученные из результатов поиска объектов, исключают MACHO из числа кандидатов в составляющие тёмную материю объекты.

Глава 11-11-2

Физическое обнаружение гипотетических частиц тёмной материи

Экспериментальное обнаружение частиц тёмной материи должно основываться, во-первых, на том, что они обладают массой, гравитационно взаимодействующей с другими массами, во-вторых, что эта масса должна быть очень велика. Однако кроме этого о тёмной материи ничего не известно. Основная