Владимир Моисеев – Краткая история астрономии. Том 11. Темная материя (страница 18)
За несколько последних лет астрофизики пришли к своего рода консенсусу относительно обширных полей гамма-излучения, наблюдаемых близ центра Млечного пути – считается, что, вероятно, это излучение связано с частицами темной материи (ВИМПами), сталкивающимися друг с другом и с частицами нормальной материи. Однако в этом новом исследовании ученые сообщают об обнаружении другого возможного источника, который бросает тень сомнения на темную материю как возможную причину возникновения этого излучения.
Исследователи изучили данные, собранные при помощи космической гамма-обсерватории Fermi («Ферми»), которая находится на орбите в течение всего последнего десятилетия. При анализе этих данных ученые обратили внимание на то, что распределение гамма-излучения повторяет распределение звезд в окрестностях центра Галактики – излучение оказалось распределено в форме буквы X, а не в форме сферы, как ожидалось, исходя из гипотезы, включающей темную материю. Моделируя возможные причины такого распределения излучения, команда пришла к выводу, что наблюдения лучше всего объясняются популяцией миллисекундных пульсаров (стремительно вращающихся нейтронных звезд) – их объединенное излучение могло сформировать тот самый сигнал, который изначально был приписан темной материи.
astronews. 14 марта 2018
https://www.astronews.ru/cgi-bin/mng.cgi?page=news&news=10750
Журнал Nature Astronomy. 2018
Оскар Масиас Oscar Macias)
Глава 11-4-6
Физики предсказали «ураган» темной материи после столкновения Млечного Пути с другой галактикой
Ноябрь 2018
Физики из Испании и Великобритании показали, что поток звезд в окрестностях Солнечной системы, который возник в результате столкновения Млечного пути и карликовой галактики, должен сопровождаться «ураганом» темной материи, а затем оценили, можно ли почувствовать его с помощью детекторов темной материи. Оказалось, что сильнее всего «ураган» скажется на экспериментальных данных в том случае, если темная материя состоит из легких аксионов. Статья опубликована в Physical Review D, кратко о ней сообщает Physics, препринт работы выложен на сайте arXiv.org.
В апреле прошлого года группа астрономов под руководством Сергея Копосова обнаружила, что звезды в окрестностях Солнечной системы движутся в сторону, противоположную направлению вращения нашей галактики. В то время как ожидаемая радиальная скорость «покоящейся» звезды в окрестностях Солнца составляет примерно 230 километров в секунду, средняя скорость звезд из открытого потока не превышает 115 километров в секунду. Кроме того, звезды из потока движутся под небольшим углом к плоскости галактики.
Ученые проанализировали химический состав звезд, рассчитали их возраст и пришли к выводу, что этот поток — остатки карликовой галактики (массой порядка 10 миллиардов масс Солнца), которая врезалась в Млечный Путь около девяти миллиардов лет назад. Астрофизики не сомневаются, что основная масса галактики — темная материя. Следовательно, в результате столкновения с карликовой галактикой должен был возникнуть не только поток звезд, но и поток темной материи (авторы статьи называют его «ураганом»).
Группа ученых под руководством Василия Белокурова подробно исследовала эту гипотезу, рассмотрев различные теории темной материи и способы ее непосредственного детектирования. Для описания темной материи исследователи использовали Стандартную модель гало (standard halo model, SHM).
После общего теоретического анализа исследователи проверили конкретные сценарии, в которых можно заметить отклонения от распределения темной материи.
Были рассмотрены три вида детекторов темной материи.
1. Многотонные ксеноновые детекторы — основной тип, который используются в данный момент. В частности, к этому типу относятся детекторы XENON1T и PandaX-II. Такие детекторы могут отслеживать вимпы — слабо взаимодействующие частицы с массами более пяти масс протона. К сожалению, ксеноновые детекторы теряют информацию о направлении движения вимпа, а потому их сложно использовать для выделения потока темной материи от поглощенной галактики.
2. Направленные детекторы темной материи. Такие детекторы регистрируют не только энергию столкновения вимпа и ядра, но и направления, в котором они разлетаются. Построить такой детектор очень сложно, и в настоящее время таких установок нет. Тем не менее, физики уже разработали несколько прототипов — например, детектор CYGNUS, который содержит от тысячи до 100 тысяч кубических метров газообразной смеси гелия и гексафторида серы. Предполагается, что по трекам частиц в этом детекторе можно будет оценить скорость и направление частиц темной материи.
3. Наконец, физики рассмотрели модель аксионной темной материи, в которой частицы темной материи имеют очень маленькую массу (не больше одного миллиэлектронвольта). Для регистрации таких частиц ученые разработали галоскопы — «радио для темной материи». Расчеты ученых показывают, что в этой модели почувствовать поток темной материи проще всего. Во-первых, из-за него увеличивается дисперсия скорости аксионов, и чувствительность детектора резко возрастает. Во-вторых, если ученые действительно экспериментально зарегистрируют аксионы и измерят их массу, можно будет рассчитать скорость потока темной материи и сравнить ее скоростью потока звезд, измеренной независимо.
nplus1, 12 ноября 2018, Дмитрий Трунин
https://nplus1.ru/news/2018/11/12/dark-hurricane
Журнал Physical Review D, 2018
Василий Белокуров
https://journals.aps.org/prd/abstract/10.1103/PhysRevD.98.103006
https://arxiv.org/abs/1807.09004
Глава 11-4-7
Физики возродили идею о сигнале темной материи из центра Галактики
Декабрь 2019
Ученые показали, что существующие методы анализа данных в гамма-диапазоне неспособны надежно исключить вклад размытого сигнала, причиной которого может быть гипотетическая аннигиляция частиц темной материи. В результате выводы о пульсарной природе наблюдающегося избытка излучения из центра Млечного Пути не могут считаться окончательными, пишут авторы в журнале Physical Review Letters.
Согласно подавляющему большинству моделей темной материи, ее частицы должны формировать протяженные гало, в которые погружены все галактики, в том числе Млечный Путь. В таком случае в центре систем должна наблюдаться заметная концентрация таких частиц. При этом ряд теорий предполагает, что между ними могут происходить взаимодействия, в том числе аннигиляции. Ее результатом должно стать появление фотонов, чья энергия будет зависеть от массы исходных частиц.
Подобные сигналы были зарегистрированы, причем как в рентгеновском диапазоне (линия излучения в направлении галактики Андромеды и скопления в Персее), так и в гамма (избыток излучения из центра Млечного Пути). Однако впоследствии вывод о том, что это следы аннигиляции темной материи, посчитали маловероятными, так как было показано, что подобные особенности могут появляться в результате свечения популяции необнаруженных миллисекундных пульсаров.
В новой работе Ребекка Лин (Rebecca Leane) и Трейси Слейтер (Tracy Slatyer) из Массачусетского технологического института искусственно добавляли в реальные данные ожидаемый сигнал темной материи, который все равно определялся программой как относящийся к пульсарам. Более того, созданный ранее алгоритм продолжал выдавать пульсары в качестве ответа, даже если искусственный сигнал темной материи создавался с повышенной интенсивностью, и лишь при десятикратном превышении ожидаемого уровня начинал правильно определяться. Ученые заключают, что такой анализ не дает надежных результатов, поэтому необходимо вернуться к исходной позиции, по которой избыток гамма-лучей из центра Млечного Пути все-таки может быть связан с темной материей.
nplus1, 13 декабря 2019, Тимур Кешелава
https://nplus1.ru/news/2019/12/13/dark-matter-strikes-again
ЖурналPhysical Review Letters. 2019
Ребекка Лин (Rebecca Leane) и Трейси Слейтер (Tracy Slatyer) из Массачусетского технологического института
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.123.241101
Глава 11-4-8
Астрономы выяснили размеры темного гало нашей Галактики
Карликовые галактики — спутницы Млечного Пути указали на самую дальнюю границу нашей Галактики — край ее темного гало, которое находится в 950 тысячах световых лет от центра. Статья принята к публикации в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, доступна в открытой библиотеке препринтов arXiv.org.
Согласно точным данным, полученным астрометрической миссией Gaia, радиус сияющего диска Галактики составляет 129 тысяч световых лет. Однако Млечный Путь далеко не исчерпывается всеми звездами, скоплениями и газовыми облаками. Далеко за пределы его видимой части простирается массивное гало темной материи. Его нельзя рассмотреть ни в один телескоп, однако притяжение гало ускоряет движение звезд во внешних частях диска Галактики и влияет на соседние с ней объекты.