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

naked-science.ru, 26 июня 2021, Александр Березин

https://naked-science.ru/article/astronomy/darkmatterisnowimp?utm_source=inarticle&utm_medium=inarticle&utm_campaign=inarticle

Глава 11-19-10

Далекие галактики раскрывают истинную природу темной материи

Февраль 2022

В центрах спиральных галактик – как близлежащих, так и галактик удаленных от нас на расстояние в миллиарды световых лет – лежат сферические области, состоящие из частиц темной материи. Такие области имеют две определяющие характеристики – плотность, сохраняющуюся постоянной в пределах некоторого радиуса, увеличивающегося с течением времени при одновременном уменьшении плотности. Это указывает на существование прямого взаимодействия между элементарными частицами, составляющими гало темной материи, и частицами нормальной материи – такими как протоны, электроны, нейтроны и фотоны. Эта гипотеза противоречит наиболее популярной современной теории темной материи – так называемой модели Лямбда-CDM – согласно которой частицы холодной темной материи являются инертными и не взаимодействуют с другими частицами никаким иным образом, кроме гравитационного взаимодействия. Исследование опубликовано в журнале Astronomy and Astrophysics.

               Эти важные находки были сделаны группой под руководством Гаури Шармы (Gauri Sharma) из Международной школы перспективных исследований SISSA, Италия, которая наблюдала большой набор из далеких галактик, расположенных на расстоянии около 7 миллиардов световых лет от нас.

               До настоящего времени основные исследования по поискам темной материи были направлены на галактики, расположенные неподалеку от Млечного пути. В своей работе Шарма и ее команда задалась целью изучить распределение массы в спиральных галактиках, имеющих такую же морфологию, что и наша Галактика, но расположенных намного дальше от нас, а потому более молодых. Идея состояла в том, что изучение распределения массы в галактиках, находящихся на более ранних эволюционных этапах, поможет понять природу частиц темной материи.

               В результате проведения исследования авторы нашли, что изучаемые далекие галактики также имеют гало из темной материи, и что в рамках этого гало имеется область постоянной плотности материи, начинающаяся от центра галактики до некоторого радиуса. Исследование, однако, выявило и весьма неожиданный факт, не укладывающийся в стандартные модели современной космологии – оказалось, что свойства близлежащих галактик и свойства более далеких галактик сильно различаются между собой. Так, область постоянной плотности в близлежащих галактиках имеет большие размеры и меньшую плотность. Согласно авторам, это указывает на взаимодействие между частицами темной материи и нормальной материи, которое «запрещено» в модели Лямбда-CDM.

astronews.ru, 13 февраля2022

https://www.astronews.ru/cgi-bin/mng.cgi?page=news&news=20220213190957

Журнал Astronomy and Astrophysics. 2022

Гаури Шарма (Gauri Sharma) из Международной школы перспективных исследований SISSA, Италия

Глава 11-19-11

Темная материя может быть следствием существования «Антивселенной», противоположной нашему миру

Март 2022

Физики выдвинули смелую гипотезу о наличии у нашей Вселенной зеркального близнеца, который может проявляться скоплениями невидимых, но притягивающих вещество нейтрино — тем, что мы называем темной материей. Новая статья принята к публикации в журнале Annals of Physics и выложена в открытой онлайн-библиотеке препринтов arXiv.org.

               Новая необычная идея предполагает, что в момент Большого взрыва вместе с нашей Вселенной появилась и «зеркальная», устремившаяся по оси времени в обратном направлении. Хотя попасть в этот противоположный мир в принципе невозможно, его существование должно проявляться во Вселенной в форме пока не обнаруженной разновидности нейтрино. Скопления таких нейтрино могут создавать темную материю, частицы которой не удается найти, невзирая на все усилия физиков.

               Гипотезу о существовании «зеркальной» вселенной еще несколько лет назад выдвинула команда ученых во главе с известным южноафриканским астрофизиком Нилом Туроком (Neil Turok), который сейчас работает в Манчестерском университете (Великобритания). В своей статье они рассматривают некоторые следствия из этой необычной идеи, в том числе о темной материи.

               Современная наука опирается на представление о симметрии, присущей физическим законам. Она заключается в неизменности поведения системы при некоторых преобразованиях. Так, заряды частиц можно заменить на противоположные, и все взаимодействия между ними останутся прежними. Самая фундаментальная симметрия — СРТ-инвариантность — говорит о неизменности физических законов при одновременной инверсии зарядов (С), координат (Р) и времени (Т).

               Науке известны различные исключения — нарушения Р- и С-симметрии, а также различных их комбинаций. Например, нарушение СР-инвариантности может приводить к доминированию частиц и почти полному отсутствию античастиц во Вселенной. Однако одновременного нарушения СРТ-симметрии пока не обнаружили: если в системе обратить на противоположные и заряды, и координаты, и время, в принципе для нее ничего не изменится.

               Нил Турок и его соавторы применили СРТ-инвариантность к самой Вселенной. В такой гипотетической картине наш мир получается лишь половиной двойной системы. Его СРТ-обратный близнец путешествует по времени в противоположном направлении, имея противоположные заряды и зеркально отраженные координаты.

               Расчеты показали, что такая «двойная» Вселенная позволяет довольно просто объяснить существование темной материи. Эта загадочная субстанция не видна ни одним научным инструментом, поскольку способна взаимодействовать с обычным веществом лишь посредством гравитации. Темную материю можно заметить только по притяжению обычной: например, по траекториям звезд вокруг невидимого гравитирующего скопления. Это позволяет картировать сгустки темной материи в масштабах целых галактик, но не дает возможность уловить и исследовать частицы, из которых она состоит.

               До сих пор об этих частицах существуют исключительно гипотетические представления. И если отталкиваться от того, что мы живем лишь в половине из целостной «двойной» СРТ-инвариантной Вселенной, то одной гипотезой становится больше. Нил Турок с коллегами показали, что в этом случае должны появляться нейтрино новых типов.

               Сегодня их известно шесть (электронное, мюонное и тау-нейтрино плюс их античастицы с противоположными зарядами), все они обладают положительным спином, хотя остальные фундаментальные частицы бывают и с положительным, и с отрицательным. Но вот в «двойной» Вселенной должны существовать и нейтрино с обратным спином. Они практически никак не взаимодействуют с обычным веществом и могут проявляться лишь в очень массовых скоплениях, за счет своей гравитации — совсем как гипотетическая темная материя. По расчетам Нила Турока и его коллег, количества таких нейтрино должно быть достаточно, чтобы наблюдались все нужные эффекты темной материи.

               Необычная гипотеза позволяет сделать несколько проверяемых выводов о фундаментальных свойствах нейтрино. В частности, она предсказывает, что по меньшей мере один тип этих частиц должен быть безмассовым. Пока этот вопрос остается открытым: эксперименты позволили установить лишь верхний предел масс нейтрино. Возможно, новые работы помогут выяснить их окончательно — и мы получим первое свидетельство в пользу существования у нашей Вселенной зеркального близнеца.

naked-science.ru,