|
Скопления галактик в качестве коллайдеров темной материи
|
|
|
|
Что такое темная материя? Даже для астрофизиков этот вопрос остается без ответа. Эти невидимые частицы составляют большую часть вещества во Вселенной и около четверти Вселенной в целом. Считается, что они являются космическим клеем, который связывает Вселенную воедино, но мы до сих пор не знаем, что это за частицы. Поиск ответа на этот вопрос мог бы дать нам беспрецедентное понимание прошлого, настоящего и будущего известной нам Вселенной.
|
|
|
|
Исследование, проведенное астрофизиками из Северо-Восточного университета, дает возможность по-новому ответить на этот извечный вопрос. Результаты исследования опубликованы в журнале Monthly Notices Королевского астрономического общества.
|
|
|
|
"Все во Вселенной представляет собой частицу, волну и поле, поэтому исходным [предположением] является то, что темная материя должна быть частицей", - говорит Жаклин Макклири, доцент кафедры физики и автор статьи. "Вопрос в том, что это за частица, поскольку понятие частицы очень расплывчато".
|
|
|
|
Метод, изложенный в статье, предполагает использование объединяющихся групп галактик в качестве гигантских естественных коллайдеров темной материи для наблюдения за тем, что происходит, когда темная материя взаимодействует сама с собой. Это попытка преодолеть серьезную проблему в понимании природы темной материи: мы мало что можем сделать на Земле.
|
|
|
|
Мощные ускорители элементарных частиц, такие как Большой адронный коллайдер, помогли ученым понять природу обычной материи с помощью высокоэнергетических столкновений частиц, но темной материей нельзя манипулировать таким же образом.
|
|
|
|
Темная материя, как и обычная материя, занимает пространство, но, по сути, она невидима для наших глаз, потому что свет с ней не взаимодействует, говорит Макклири. Тем не менее, она по-прежнему оказывает ощутимое влияние на Вселенную. Ученые полагают, что во Вселенной существует массивный, похожий на паутину массив темной материи, который притягивает большую часть обычной материи и даже помогает галактикам формироваться и расти.
|
|
|
Вместо того чтобы полагаться на наземное оборудование, эти исследователи обратились за помощью к космосу. В данном случае речь идет о наблюдении скоплений галактик, групп галактик, которые притягиваются друг к другу гравитационными силами.
|
|
|
|
"В скоплениях галактик также преобладает темная материя", - говорит Макклири. "От восьмидесяти до 90 процентов их массы составляет темная материя, и чем массивнее объект, тем быстрее будут двигаться составляющие его частицы темной материи. По сути, вы изучаете столкновения при очень высоких энергиях".
|
|
|
|
Различные теории утверждают, что темная материя - это фотон, переносящий электромагнитное взаимодействие, сверхлегкое нейтрино или даже крошечная черная дыра. По словам Макклири, в настоящее время наиболее распространенной теорией является то, что темная материя - это слабая или слабо взаимодействующая массивная частица. Как следует из названия, это гипотетические крупные, тяжелые, медленно движущиеся частицы, которые взаимодействуют друг с другом и обычной материей со слабым взаимодействием.
|
|
|
|
"Наземные эксперименты по обнаружению частиц проводятся уже около 20 лет и пока ничего не дали", - говорит Макклири. "Это указывает нам на то, что темная материя, вероятно, не самая скучная частица, какой мы могли бы ее себе представить. Вероятно, это не чистая случайность, иначе мы бы ее уже нашли. Это побудило нас рассмотреть другие модели частиц, чтобы понять, какой может быть темная материя".
|
|
|
|
Альтернативная модель, изложенная в этой статье, утверждает, что если эти скопления галактик и их темная материя столкнутся с достаточной силой, то можно будет наблюдать, как темная материя взаимодействует сама с собой. Макклири и другие члены исследовательской группы смоделировали эти взаимодействия с помощью гидродинамического моделирования - крупномасштабных компьютерных программ, которые могут моделировать физические взаимодействия между частицами. В данном случае это означало создание физических моделей взаимодействия темной материи, звезд и газа.
|
|
|
|
Наблюдение за столкновениями темной материи могло бы помочь ученым определить некоторые базовые характеристики частиц, которые помогли бы им отточить поиск ответа на вопрос о темной материи.
|
|
|
|
"Если вы можете измерить какое-то самовзаимодействие или установить какой-то верхний предел, вы исключаете или определяете классы частиц, которыми может быть темная материя", - говорит Макклири.
|
|
|
|
"Если вы измеряете какое-то взаимодействие между собой, то вы вводите другой класс частиц. Вы допускаете другой класс теорий. В этой статье также говорится, что если вы изучите набор, скажем, из 100 объединяющихся скоплений галактик, у вас есть шанс измерить самовзаимодействие темной материи до некоторого порога".
|
|
|
|
"На первый взгляд это кажется нелогичным, потому что мы всегда хотим получить положительный ответ: что это?" Говорит Макклири. "Но в данном случае мы как бы вынуждены ответить: "А что это не так?" Это процесс исключения".
|
|
|
|
Источник
|
