|
Метод прямого обнаружения сверхлегкой темной материи
|
|
|
|
Обнаружение темной материи, неуловимого типа материи, который, по прогнозам, составляет большую часть массы Вселенной, является давней целью в области астрофизики. Поскольку темная материя не излучает, не отражает и не поглощает свет, ее невозможно наблюдать обычными экспериментальными методами.
|
|
|
|
Многообещающим кандидатом на роль темной материи является так называемая сверхлегкая темная материя, которая состоит из частиц с чрезвычайно низкой массой. Астрофизики искали эти сверхлегкие частицы темной материи, используя различные подходы и методы, но пока они не были обнаружены.
|
|
|
|
Исследователи из Университета Флориды недавно предложили новый метод прямого обнаружения сверхлегких частиц темной материи, основанный на астрометрии - точном измерении положения и движения небесных объектов.
|
|
|
|
В их статье, опубликованной в журнале Physical Review Letters, описывается альтернативный подход, который может быть использован в будущих поисках этих неуловимых частиц.
|
|
|
|
"Наше исследование возникло из фундаментального вопроса: как мы можем обнаружить темную материю, если она взаимодействует с обычной материей только посредством гравитации?" Сарунас Вернер, соавтор статьи, рассказал Phys.org.
|
|
|
|
|
|
|
"Этот сценарий традиционно считался сложным для непосредственного обнаружения. Однако, основываясь на новаторской работе Хмельницкого и Рубакова (2014), мы пришли к выводу, что сверхлегкая темная материя — с длиной волны де Бройля, сравнимой с галактическими масштабами — вызывает измеримые флуктуации пространства-времени, которые могут быть обнаружены с помощью точных астрометрических измерений".
|
|
|
|
Большинство предыдущих поисков сверхлегкой темной материи основывались на использовании временных массивов пульсаров (то есть наборов миллисекундных пульсаров по всему небу, которые периодически наблюдаются астрономами) в качестве инструментов обнаружения. Напротив, Вернер и его коллега Джефф А. Дрор исследовали возможность использования точной астрометрии для исследования сверхлегкой темной материи, изучая только гравитационные взаимодействия.
|
|
|
|
"Наш метод использует тот факт, что сверхлегкая темная материя создает небольшие, но заметные флуктуации в самом пространстве-времени", - объяснил Вернер.
|
|
|
|
"Эти колебания влияют на видимое положение удаленных небесных объектов, таких как звезды и квазары. В частности, мы продемонстрировали, что наиболее значительный эффект возникает из—за того, что астрономы называют "классической аберрацией" - небольшого углового отклонения света от удаленных источников, вызванного движением наблюдателя в пространстве".
|
|
|
|
В рамках своего исследования ученые рассчитали, как эти сверхлегкие пространственно-временные колебания, вызванные темной материей, повлияют на классическую аберрацию, сделав ее зависимой от расстояния. Это означает, что близлежащие источники демонстрируют несколько иную аберрацию, чем удаленные.
|
|
|
|
"Эти изменения чрезвычайно малозаметны — они составляют менее 1 микросекунды и требуют высокоточных астрометрических измерений", — сказал Вернер. "Мы показали, что эти эффекты потенциально можно обнаружить с помощью астрометрических исследований текущего и следующего поколений, таких как VLBI, Gaia, и будущих обсерваторий, таких как THEIA".
|
|
|
|
Недавнее исследование Вернера и Дрора представляет собой совершенно новый метод исследования сверхлегкой темной материи, основанный исключительно на гравитационных взаимодействиях. Его зависимость от гравитационных взаимодействий могла бы оказаться весьма выгодной, поскольку позволила бы исследователям искать кандидатов в темную материю, которые могли бы быть полностью отделены от стандартной модели, за единственным исключением законов гравитации.
|
|
|
|
"Результаты нашего исследования значительны", - сказал Вернер. "Наш метод дополняет существующие исследования сверхлегкой темной материи, включая измерения космического микроволнового фона (CMB) и наблюдения крупномасштабных структур (LSS).
|
|
|
|
"В сочетании с этими другими наборами данных прецизионная астрометрия может значительно повысить нашу способность обнаруживать или сдерживать сверхлегкие частицы темной материи в диапазоне масс менее 10^-22 электрон-вольт. Этот диапазон масс особенно интересен, поскольку он соответствует частицам с длинами волн галактического масштаба, что потенциально позволяет решать некоторые мелкомасштабные задачи в космологии".
|
|
|
|
Новый метод обнаружения, предложенный этой исследовательской группой, может быть доработан и применен в будущих поисках сверхлегких частиц темной материи.
|
|
|
|
В своих следующих исследованиях Вернер и Дрор планируют расширить предложенный ими подход, чтобы его можно было использовать для исследования других подтипов сверхлегкой темной материи.
|
|
|
|
"Опираясь на этот фундамент, мы планируем расширить нашу теоретическую базу для исследования сверхлегкой векторной темной материи, которая может демонстрировать различные сигнатуры в астрометрических данных", - добавил Вернер.
|
|
|
|
"Мы также изучаем, как аналогичные принципы могут быть применены для изучения природы темной энергии, что потенциально может дать новое представление о таинственной силе, управляющей космическим ускорением".
|
|
|
|
Источник
|
