|
Научились измерять локальную плотность темной материи
|
|
|
|
Доктор Суканья Чакрабарти, заведующая кафедрой Пей-Лин Чан в Колледже естественных наук Университета Алабамы в Хантсвилле (США), и ее команда впервые применили измерения ускорения свободного падения двойных пульсаров, чтобы помочь выяснить, сколько темной материи содержится в галактике Млечный Путь и где она находится.
|
|
|
|
Их предыдущее исследование обещало, что по мере увеличения числа точек сбора данных с добавлением большего числа двойных пульсаров гравитационное поле галактики может быть нанесено на карту с большой точностью, включая скопления галактической темной материи.
|
|
|
|
Теперь Чакрабарти и ее команда, включая первого автора, доктора Тома Донлона, аспиранта UAH, и студентку факультета физики UAH Софию Вандерваал, опубликовали новое исследование, в котором впервые подробно описывается способ продвижения в этой области, используя вместо этого одиночные пульсары. Статья доступна на сервере препринтов arXiv.
|
|
|
|
"Когда мы впервые начали эту работу в 2021 году и опубликовали последующую публикацию в прошлом году, наша выборка состояла из пар миллисекундных пульсаров - бинарных миллисекундных пульсаров", — объясняет Чакрабарти. Двойной миллисекундный пульсар - это пульсар с коротким периодом обращения, который вращается вокруг другой звезды. "Однако большинство пульсаров не состоят из пар", - отмечает исследователь.
|
|
|
|
|
|
|
"Большинство из них одиночные. В этой новой работе мы показываем, как эффективно удвоить количество пульсаров, которые мы можем использовать для сдерживания темной материи в галактике, строго используя одиночные пульсары для измерения галактических ускорений".
|
|
|
|
"Ограничение темной материи" означает ограничение возможных свойств и характеристик темной материи путем анализа данных наблюдений, что существенно сужает диапазон потенциальных объяснений того, чем может быть темная материя, основываясь на том, как она взаимодействует с другой материей и влияет на структуру Вселенной в разных масштабах.
|
|
|
|
"Поскольку это более крупная выборка, у нас теперь есть прорыв", - говорит Чакрабарти. "Мы впервые можем измерить локальную плотность темной материи, используя прямые измерения ускорения. И в среднем мы обнаруживаем, что в объеме Земли содержится менее 1 килограмма темной материи. Если сравнить это с миллионами килограммов золота, добываемого каждый год, то можно увидеть, что в пересчете на фунт темная материя более ценна, чем золото."
|
|
|
|
Считается, что темная материя составляет более 80% всей материи в космосе, но она невидима для обычного наблюдения, поскольку, по-видимому, не взаимодействует со светом или электромагнитными полями.
|
|
Схема галактического "колебания"
|
|
|
|
"В своей предыдущей работе я использовал компьютерное моделирование, чтобы показать, что, поскольку Млечный Путь взаимодействует с карликовыми галактиками, звезды в Млечном Пути ощущают совершенно иное притяжение, чем гравитация, если они находятся ниже или выше диска", - говорит Чакрабарти. "Большое Магелланово облако (БМО) — довольно крупная карликовая галактика — вращается вокруг нашей собственной галактики, и когда оно проходит вблизи Млечного Пути, оно может притянуть к себе часть массы галактического диска, что приводит к образованию однобокой галактики с большей массой на одной стороне, поэтому она сильнее ощущает гравитацию сильно с одной стороны.
|
|
|
|
"Это похоже на то, как если бы галактика колебалась — примерно так ходит малыш, который еще не полностью сбалансирован. Таким образом, эта асимметрия или непропорциональный эффект в ускорениях пульсара, возникающий из-за притяжения LMC, - это то, что мы ожидали увидеть. Здесь, с большей выборкой ускорений пульсаров, мы действительно можем впервые измерить этот эффект".
|
|
|
|
"Невероятно сильное магнитное поле пульсаров будет скручиваться само по себе по мере вращения пульсара, что приводит к своего рода трению, как будто вы потираете руки", - добавляет Донлон. "Пульсары также испускают частицы с очень высокими скоростями, которые излучают энергию. Эти эффекты приводят к тому, что с течением времени пульсар вращается медленнее, и в настоящее время нет никакого способа рассчитать, насколько это происходит, исходя из существующей теории".
|
|
|
|
Это явление называется "магнитным торможением", процессом, при котором звезда теряет угловой момент (скорость вращения) из-за того, что ее магнитное поле захватывает заряженные частицы со своей поверхности и выбрасывает их наружу в виде звездного ветра, эффективно забирая с собой часть вращения звезды. Моделирование этого процесса оказалось ключом к продвижению вперед.
|
|
|
|
"Из—за этого замедления мы изначально - в 2021 году и в нашей последующей работе за 2024 год — были вынуждены использовать только пульсары в двойных системах для расчета ускорений, поскольку магнитное торможение не влияет на орбиты", - говорит Донлон. "С помощью нашей новой методики мы можем с высокой точностью оценить величину магнитного торможения, что позволяет нам также использовать отдельные пульсары для получения ускорений".
|
|
|
|
В астрономии скорость магнитного замедления относится к скорости, с которой небесный объект, особенно вращающаяся нейтронная звезда (например, пульсар), замедляет свое вращение из-за потери энергии вращения из-за магнитного дипольного излучения.
|
|
|
|
Согласно новому исследованию, составив карту поля ускорения галактики, в конечном итоге можно будет определить распределение темной материи в Млечном Пути с достаточно высокой точностью.
|
|
|
|
"По сути, эти новые методы теперь позволяют измерять очень малые ускорения, возникающие из-за притяжения темной материи в галактике", - говорит Чакрабарти. "В астрономическом сообществе мы уже некоторое время можем измерять большие ускорения, создаваемые черными дырами вокруг видимых звезд и звезд вблизи центра галактики.
|
|
|
|
"Теперь мы можем перейти от измерения больших ускорений к измерению крошечных ускорений на уровне около 10 см/с за десятилетие — 10 см/с - это скорость ползающего ребенка".
|
|
|
|
Источник
|
