|
Техника обнаружения метеоров может быть использована для обнаружения темной материи
|
|
|
|
Исследователи из Университета штата Огайо разработали новый метод обнаружения темной материи, основанный на существующей технологии обнаружения метеоров. Используя наземный радар для поиска ионизационных следов, подобных тем, которые производят метеоры, проносящиеся по воздуху, они надеются использовать атмосферу Земли в качестве сверхразмерного детектора частиц. Результаты экспериментов с использованием этой техники помогут исследователям сузить диапазон возможных характеристик частиц темной материи.
|
|
|
|
Существование темной материи довольно хорошо признано большинством физиков. С тех пор, как лорд Кельвин подсчитал, что масса всех звезд в галактике Млечный Путь намного меньше массы самой галактики, мы знали, что большая часть материи во Вселенной нам не видна. По мере совершенствования технологий мы научились обнаруживать то, что было скрыто от телескопов видимого света, но мы все еще не можем объяснить всю пропавшую материю. Мы называем этот отсутствующий материал «темной материей», и текущие оценки говорят, что 85% массы Вселенной состоит из темной материи. Большинство физиков сейчас считают, что темная материя состоит из еще не обнаруженных частиц.
|
|
|
Доктор Джон Биком из Университета штата Огайо предложил провести эксперимент по определению характеристик этой частицы. Он хочет адаптировать радарную технологию, используемую для обнаружения и измерения метеоров, когда они пролетают через атмосферу, используя ее для поиска похожих полос, которые могут указывать на столкновение частицы темной материи с молекулами воздуха. Этот метод использует радиолокационные станции на земле для обнаружения и измерения следов ионизации в верхних слоях атмосферы.
|
|
|
|
Когда метеороид входит в атмосферу Земли, он таранит воздух быстрее, чем сам воздух может уйти с пути. Это приводит к тому, что воздух перед метеором сжимается и становится настолько горячим, что ионизируется — отдельные молекулы воздуха сталкиваются друг с другом так сильно, что теряют электроны. Ионизированный воздух не только светится, но и не пропускает радиоволны. Это приводит к тому, что сигналы радара отражаются обратно на землю, что позволяет обнаруживать метеоры даже днем.
|
|
|
|
Физики-теоретики рассчитали физические характеристики, которыми могут обладать частицы темной материи. К сожалению, поскольку большая часть того, что мы знаем об этих частицах, заключается в том, что они слабо взаимодействуют с обычным веществом (до сих пор мы вообще обнаруживали его только благодаря гравитационному влиянию), это оставляет широкий спектр возможностей. Доктор Биком отмечает, что если частицы темной материи попадают в более крупный и тяжелый конец диапазона возможностей, то они будут легче взаимодействовать с «нормальной» материей, хотя такие взаимодействия все равно будут редкими. «Одной из причин, по которой темную материю так трудно обнаружить, может быть то, что частицы очень массивны», — сказал Биком. «Если масса темной материи мала, то частицы обычны, но если масса велика, частицы редки».
|
|
|
|
Если эти частицы большие, то традиционные наземные детекторы могут никогда их не увидеть, потому что частицы поглощаются атмосферой Земли. Но если это произойдет, то у них должно быть достаточно энергии, чтобы произвести ионизационный след, подобный тому, что мы наблюдаем у метеоров. Следовательно, радарные установки для обнаружения метеоров могут быть адаптированы для поиска частиц темной материи, что, по сути, превратит всю атмосферу Земли в один гигантский детектор частиц.
|
|
|
|
Существование темной материи было впервые предсказано в 1884 году лордом Кельвином. Он рассчитал массу галактики Млечный Путь, исходя из скорости ее вращения, и обнаружил, что она должна быть значительно тяжелее, чем все видимые звезды вместе взятые. Он предположил, что большая часть массы галактики должна состоять из «темного» материала — вещей, которые нельзя было увидеть в телескопы того времени. Однако большинство ученых предполагали, что это означает, что будет много холодного газа, пыли, экзопланет и других объектов, которые не светятся собственным светом. Фраза «темная материя» была впервые использована для описания этих вещей во французской газете в 1906 году.
|
|
|
|
С тех пор появилось много других доказательств: Фриц Цвикки заметил в 1930-х годах, что галактики в скоплении Волос движутся так, как будто все скопление в 400 раз тяжелее, чем общая масса всех его видимых членов. Ранние радиоастрономы в 1960-х годах увидели, что спиральные галактики слишком быстро вращаются вокруг своих краев — они должны были бы просто разлететься, если бы не было дополнительного источника гравитации, удерживающего их вместе. Вскоре после этого Вера Рубин, Кент Форд и Кен Фриман сделали такое же открытие, используя недавно улучшенные спектрографы для измерения кривой вращения галактик в видимом свете. А серия глубоких космологических наблюдений в 1980-х годах обнаружила гравитационное линзирование и анизотропию космического микроволнового фонового излучения (CMBR), что добавило доказательств существования темной материи.
|
|
|
|
Стоит отметить, что пока никто не знает, действительно ли частицы темной материи будут создавать эти следы ионизации. Детекторы, построенные по этой методике, могут вообще ничего не увидеть. Но любой результат, обнаружение или отсутствие обнаружения, было бы хорошо. Так или иначе, эксперимент с использованием этой методики обнаружения ответит на вопрос: «Являются ли частицы темной материи крупными, тяжелыми и редкими? Или они маленькие, легкие и многочисленные?» Исследование опубликовано на сервере препринтов arXiv.
|
|
|
|
Источник
|
