Краткая история астрономии. Том 11. Темная материя - Владимир Анатольевич Моисеев
Рис. Темная материя
Несмотря на «неуловимость» темной материи, нам кое-что удалось о ней узнать. Нам известно, что она не только темная, но еще и холодная. В результате при формировании сгустков темной материи зарождаются ядра галактических скоплений. Также темная материя формирует гало, окружающие галактики, на которые приходится большая часть массы галактики. Однако до сих пор у нас остается без ответа много вопросов о темной материи, поэтому астрономы постоянно разрабатывают новые модели темной материи, сравнивая затем их с результатами наблюдения и оценивая точность модели.
Команда астрономов из Гарвард-Смитсоновского астрофизического центра, США, во главе с Дж. Вангом (J. Wang) запустила подробное моделирование космоса, в котором доминирует темная материя, и некоторые из результатов этого моделирования оказались весьма неожиданными. В качестве частицы темной материи команда приняла модель слабо взаимодействующей массивной частицы (ВИМПа) массой порядка 100 масс протона. Моделирование показало, что темная материя формирует гало вокруг галактик, как и при реальных наблюдениях Вселенной. Однако гало при этом формировались не только в галактическом масштабе, но и на всех других масштабах, начиная от небольших гало планетного масштаба и вплоть до массивных гало, окружающих скопления галактик. Эти гало имеют схожую структуру – плотное ядро и диффузную оболочку. Тот факт, что формирование гало наблюдается на всех масштабах, делает этот процесс отличительной особенностью темной материи.
Одна из гипотез о природе темной материи предполагает, что при столкновении частиц темной материи формируется гамма-излучение. Для проверки своей модели команда Ванга предлагает оценить соответствие сделанных на ее основе прогнозов об испускаемом гамма-излучении со спектром таинственного дополнительного гамма-излучения, которое было обнаружено недавно со стороны центра Галактики.
astronews.ru, 7 сентября 2020
Журнал Nature. 2020
Дж. Ванг (J. Wang), Гарвард-Смитсоновский астрофизический центр, США
Глава 11-12-14
Новые данные показывают, что модели темной материи расходятся с наблюдениями
Сентябрь 2020
Наблюдения, проведенные при помощи космического телескопа НАСА/ЕКА Hubble («Хаббл») и Очень большого телескопа (Very Large Telescope, VLT), расположенного на территории Чили, показали, что в современных моделях поведения темной материи, вероятно, отсутствует важный компонент. Этот недостающий компонент может объяснить неожиданные расхождения, зафиксированные исследователями при сравнении наблюдений темной материи в скоплении галактик с результатами компьютерного моделирования. Согласно этим находкам, некоторые сгустки темной материи галактического масштаба вызывают эффекты гравитационного линзирования, примерно в 10 раз превышающие ожидаемые значения. Исследование опубликовано в журнале Science.
«Скопления галактик представляют собой идеальные лаборатории для изучения адекватности численных моделей эволюции Вселенной путем сравнения их с картами распределения темной материи, доступными, благодаря гравитационному линзированию света далеких галактик на сгустках темной материи, расположенных внутри скоплений галактик», - сказал главный автор нового исследования Массимо Менегетти (Massimo Meneghetti) из Обсерватории астрофизики и наук о космосе Итальянского национального астрофизического института.
В своей работе Менегетти и его коллеги составили карты распределения темной материи, оценив его по характеру гравитационного линзирования света далеких галактик на близлежащем скоплении галактик. При прохождении сквозь массивное скопление галактик свет, идущий от далекого источника, претерпевает искажения, зависящие от характера распределения массы – которая в основном представлена темной материей – внутри скопления галактик. Астрономы на Земле анализируют характер искажений света далеких галактик на близлежащем скоплении галактик и могут составить по результатам этого анализа карту распределения темной материи в скоплении галактик, играющем роль гравитационной линзы.
Когда Менегетти и его команда изучили линзирование света на скоплениях галактик MACS J1206.2-0847, MACS J0416.1-2403 и Абель S1063, они нашли изображения далеких галактик, искаженные на гравитационных линзах малого масштаба – отдельных галактиках, лежащих близ центров галактических скоплений. В то же время современные компьютерные коды не смогли воспроизвести сгустки темной материи, характеризуемые настолько большой интенсивностью гравитационного линзирования света далеких источников, в масштабе отдельных галактик. Это позволило сделать вывод об отсутствии в современных компьютерных моделях важного фактора, контролирующего распределение темной материи на малых масштабах, отмечают авторы.
astronews.ru,11 сентября 2020
https://www.astronews.ru/cgi-bin/mng.cgi?page=news&news=20200911191943
Журнал Science. 2020
Массимо Менегетти (Massimo Meneghetti) из Обсерватории астрофизики и наук о космосе Итальянского национального астрофизического института.
Глава 11-12-15
Темную материю предложили детектировать с помощью маятников
Октябрь 2020
Американские физики описали способ детектирования частиц темной материи с помощью массива из большого числа (порядка миллиарда) маленьких маятников с массой от нескольких миллиграмм. По задумке ученых, если охладить и изолировать от излучения такой набор маятников, то по их коллективному отклонению можно увидеть траекторию полета темной частицы и зарегистрировать факт ее присутствия в системе. Исследователи предложили методы борьбы с квантовыми шумами и показали, что таким образом можно детектировать частицы темной материи с массой порядка десятков микрограмм и более. Статья опубликована в журнале Physical Review D.
Темной материи нет места в общепринятых моделях, описывающих многообразие частиц и взаимодействий в нашем мире, в том числе в Стандартной модели, что указывает на ее неполноту. Но чтобы подтвердить или опровергнуть новые теории, которые пытаются объяснить существование этого скрытого типа материи, физикам необходимо получить представление о ее свойствах, в первую очередь о массе темных частиц. Поэтому так важно прямое экспериментальное обнаружение темной материи: оно позволило бы не только подтвердить ее существование, но и помочь понять ее природу.
Дэниэл Карни (Daniel Carney) из университета Мэриленд предложил детектировать частицы темной материи с массой больше массы Планка (22 микрограмма или 1,22 × 1019 гигаэлектронвольт в рациональной системе единиц) с помощью массива маленьких маятников. Как показали расчеты Карни и его коллег, для эффективного детектирования частиц темной материи масса груза маятника может варьироваться в диапазоне между микрограммами и граммами, а число маятников в детекторе должно быть порядка миллиарда. Прохождение тяжелой темной частицы через систему равномерно расставленных маятников должно привести их в коррелированное движение, которое можно выделить из общего шума и фона. По величине отклонения маятника можно также судить и о массе детектируемой частицы.
