|
Новые ограничения на аннигиляцию темной материи
|
|
|
|
Темной материей может быть такой тип материи во Вселенной, который не излучает, не поглощает и не отражает видимый свет и, по-видимому, очень слабо взаимодействует с обычной материей. Хотя физики наблюдали гравитационные эффекты, связанные с темной материей, они пока не смогли определить, из чего она состоит.
|
|
|
|
Одна из гипотез заключается в том, что темная материя состоит из частиц, которые иногда аннигилируют, то есть, когда две частицы встречаются, они превращаются в другие частицы. Предполагается, что некоторые гипотетические частицы темной материи в ходе этого процесса генерируют гамма-лучи (то есть высокоэнергетическую форму света).
|
|
|
|
Признаком присутствия этих частиц может быть необычная концентрация гамма-лучей при определенной энергии, а не равномерное распределение по разным энергиям. Такая концентрация, называемая линией гамма-излучения, может быть обнаружена в центре нашей галактики, Млечном Пути, где, как считается, темная материя особенно плотная.
|
|
|
|
Коллаборация H.E.S.S. (High Energy Stereoscopic System), большая группа исследователей из учреждений по всему миру, недавно провела поиск линии гамма-излучения, используя наблюдения, собранные с помощью множества телескопов коллаборации в Намибии. Эти телескопы обнаруживают вспышки света, возникающие при попадании гамма-лучей в атмосферу Земли.
|
|
|
|
|
|
|
Результаты этого исследования, опубликованные в статье в журнале Physical Review Letters, не позволили получить убедительный сигнал о наличии темной материи, но установили новые ограничения на возможную аннигиляцию предполагаемых частиц темной материи.
|
|
|
|
«Темная материя в виде элементарных массивных электрослабых частиц (вимпов) является одним из наиболее вероятных кандидатов на роль темной материи во Вселенной — как в астрофизических, так и в космологических масштабах», — рассказал в интервью Phys.org Эммануэль Мулен, исследователь из коллаборации H.E.S.S.
|
|
|
|
«После более чем двадцатилетних поисков вимпов в центре Млечного Пути, который долгое время считался наиболее перспективным местом для обнаружения вимпов путем их самоаннигиляции в гамма-лучах сверхвысокой энергии (E > 100 ГэВ), обсерватория H.E.S.S. собрала достаточно данных, чтобы изучить соответствующее сечение аннигиляции вимпов».
|
|
|
|
Коллаборация H.E.S.S. — это международная исследовательская группа, которая управляет системой H.E.S.S. и анализирует полученные данные. Система представляет собой комплекс атмосферных черенковских телескопов (АЧТ), расположенных в Намибии, на юге Африки.
|
|
|
|
«Данные, которые мы проанализировали, представляют собой черенковские вспышки света, возникающие при движении частиц со скоростью, превышающей скорость света в атмосфере Земли», — объясняет Алессандро Монтанари, исследователь из коллаборации H.E.S.S.
|
|
|
|
«Эти частицы движутся каскадами, или ливнями, которые возникают под воздействием высокоэнергетических фотонов из космоса. С помощью этого метода мы смогли наблюдать самые энергетически мощные явления, например то, что, по нашему мнению, может происходить при мгновенной аннигиляции двух частиц темной материи в два высокоэнергетических фотона — так называемую спектральную линию аннигиляции темной материи».
|
|
|
|
Мулен, Монтанари и их коллеги проанализировали 546 часов наблюдений, проведенных телескопами H.E.S.S. в период с 2014 по 2020 год в районе центра Млечного Пути. Команда искала узкие пучки гамма-лучей с определенной энергией, которые, согласно некоторым моделям темной материи, могут возникать в результате аннигиляции частиц.
|
|
|
|
«Мы получили наиболее точные данные о предполагаемом сечении аннигиляции тяжелых частиц темной материи», — объясняет Монтанари. «Это стало возможным благодаря тому, что H.E.S.S. на данный момент является единственной действующей сетью IACT в Южном полушарии, то есть она идеально расположена для наблюдения за центром Млечного Пути. Кроме того, мы использовали один из крупнейших на момент написания статьи наборов данных наблюдений IACT в этом регионе.
|
|
|
|
Представьте, что сечение аннигиляции — это размер частицы в момент столкновения с другой частицей, после которого они обе исчезают или, точнее, превращаются во что-то другое, например в два фотона, о которых мы упоминали ранее.
|
|
|
|
В проанализированных данных коллаборация H.E.S.S. не обнаружила статистически значимой линии гамма-излучения. Тем не менее учёным удалось установить верхние пределы для предсказанного сигнала аннигиляции, которые могут быть использованы при будущих поисках тёмной материи.
|
|
|
|
В рамках конкретной модели распределения тёмной материи в Млечном Пути (модели Эйнасто) исследователи установили самые строгие на сегодняшний день ограничения на сигнал в виде линии гамма-излучения, который они искали. Их результаты также впервые ставят под сомнение гипотезу о том, что тёмной материей может быть хиггсино — частица, возникающая в результате аннигиляции бозонов Хиггса.
|
|
|
|
«Наш анализ устанавливает самый низкий верхний предел для частиц такого размера в широком диапазоне возможных масс частиц тёмной материи», — пояснил Монтанари. «Мы проверяем все значения массы, которые можем охватить в энергетическом диапазоне наших телескопов, потому что мы не знаем массу частиц тёмной материи».
|
|
|
|
Будущие исследования с использованием более чувствительных гамма-телескопов могут опираться на эти результаты, что позволит установить более строгие ограничения или, возможно, обнаружить гамма-сигнал, связанный с аннигиляцией частиц тёмной материи.
|
|
|
|
«Обсерватория Черенковских телескопов (CTAO) строится на двух площадках: CTAO-Юг, расположенная в Паранале, Чили, и CTAO-Север, расположенная в обсерватории Роке-де-лос-Мучачос на острове Ла-Пальма, Канарские острова. Благодаря большему полю зрения и пропускной способности, а также более высокому угловому и энергетическому разрешению по сравнению с действующими атмосферными черенковскими телескопами, такими как H.E.S.S., чувствительность CTAO выше», — добавил Мулен.
|
|
|
|
«Программа наблюдений с помощью телескопа H.E.S.S. является важным достижением и открывает путь для будущих запланированных наблюдений за центром галактики с помощью CTAO, которые позволят получить важнейшие сведения о парадигме вимпов в тераэлектронвольтах-диапазоне в целом».
|
|
|
|
Источник
|
