|
Поиски темной материи расширены
|
|
|
|
Темная материя, загадочное вещество, которое составляет большую часть материальной Вселенной, остается совершенно неуловимой. И хотя эксперименты на земле и в космосе пока не нашли его следов, их результаты помогают ученым исключить множество теоретических возможностей. В начале этого года было опубликовано три исследования, использующих данные гамма-лучевого космического телескопа Ферми NASA, собранные за шесть лет, и NASA расширяет его миссию по поиску темной материи, используя новаторский подход.
|
|
|
|
«Мы искали обычные вещи в обычных местах и не нашли ничего интересного, поэтому начали искать совершенно по-новому, — говорит Джули Макэнери, ученый проекта «Ферми» в космическом центре им. Годдарда при NASA в Гринбелте, штат Мэриленд. — Руководствуясь нашими результатами, «Ферми» исключил множество кандидатов и выяснил, что темная материя способствует образованию лишь небольшой части гамма-лучевого фона за пределами нашей галактики Млечный Путь, а также определили сильные ограничения для частиц темной матери во второй по размерам галактике на орбите нашей».
|
 |
|
Темная материя не излучает и не поглощает свет, взаимодействуя с остальной частью Вселенной посредством гравитации, но при этом на ее счет приходится порядка 80% материи во Вселенной. Астрономы наблюдают ее проявления по всему космосу: во вращении галактик, в искажении света, проходящего через галактические скопления, и в моделировании ранней вселенной, которая нуждалась в наличии темной материи, чтобы галактики вообще имели возможность сформироваться.
|
|
|
|
Ведущие кандидаты на роль темной материи представлены гипотетическими частицами разных классов. Ученые полагают, что гамма-лучи, форма света наибольшей энергии, могут помочь выявить наличие некоторых типов предполагаемых частиц темной материи. Ранее «Ферми» искал гамма-лучевые сигналы, связанные с темной материей, которые могли бы о ней рассказать, в центре нашей галактики и в небольших карликовых галактиках на орбите нашей собственной. Хотя не было обнаружено никаких убедительных сигналов, эти результаты убрали кандидатов из определенного диапазоне масс и темпов взаимодействия, еще больше сужая диапазон возможных свойств частиц темной материи.
|
|
|
|
Среди новых исследований, самое экзотическое исследует вероятность того, что темная материя может состоять из гипотетических частиц под названием аксионы или других частиц с похожими свойствами. Интригующий аспект аксионо-подобных частиц заключается в их способности превращаться в гамма-лучи и обратно при взаимодействии с сильными магнитными полями. Это преобразование, по идее, должно оставлять характерные следы вроде пробелов и полос в спектре яркого источника гамма-лучей.
|
|
|
|
Мануэль Мейер из Стокгольмского университета руководил поиском этих эффектов в гамма-лучах от NGC 1275, центральной галактики скопления Персей, расположенной в 240 миллионах световых лет от нас. Высокоэнергетические выбросы от NGC 1275, как полагают, связаны со сверхмассивной черной дырой в ее центре. Как и все скопления галактик, скопление Персея наполнено горячим газом, пронизанным магнитными полями, которые могли бы активировать переход от гамма-лучей к аксионо-подобным частицам. То есть некоторые гамма-лучи от NGC 1275 могли бы превращаться в аксионы — и, возможно, обратно — на пути к нам.
|
|
|
|
Группа Мейера собирала наблюдения телескопа LAT проекта Ферми и искала предсказанные искажения в гамма-лучевом сигнале. Их выводы, опубликованные 20 апреля в Physical Review Letters, исключили небольшой диапазон аксионо-подобных частиц, которые могли бы составить 4% темной материи.
|
|
|
|
«Хотя мы пока не знаем, чем является темная материя, наши результаты показывают, что мы можем проверять аксионо-подобные модели и накладывать самые серьезные ограничения на сегодняшний день для определенных масс, — говорит Мейер. — Что примечательно, мы достигли чувствительности, которая, как мы думали, могла быть возможна лишь при проведении отдельного лабораторного эксперимента: это хороший показатель для «Ферми».
|
|
|
|
Другой широкий класс кандидатов на темную материю — это вимпы, слабо взаимодействующие массивные частиц (WIMP). В некоторых версиях столкновение вимпов взаимно уничтожает их или производит промежуточную, быстро распадающуюся частицу. Оба сценария приводит к гамма-лучам, которые могут быть обнаружены LAT.
|
|
|
|
Регина Капуто из Университета Калифорнии в Санта-Крус искала эти сигналы в Малом Магеллановом Облаке (ММО), которое находится в 200 000 световых годах от Земли и является второй по величине из малых спутниковых галактик Млечного Пути. Часть привлекательности ММО для поиска темной материи лежит в том, что оно находится относительно близко к нам, а его гамма-лучевое излучение из традиционных источников, вроде образующихся звезд и пульсаров, хорошо изучено. Что более важно, астрономы произвели высокоточные измерения кривой вращения ММО, которая показала, как его вращательная скорость меняется по мере удаления от центра и сколько в нем присутствует темной материи. В работе, опубликованной 22 марта в Physical Review D, Капуто и ее коллеги смоделировали содержание темной материи в ММО и показали, что оно достаточно велико, чтобы произвести обнаружимые сигналы для двух типов вимпов.
|
|
|
|
«LAT определенно видит гамма-лучи ММО, но мы можем объяснить все традиционными источниками, — говорит Капуто. — Отсутствие сигналов аннигиляции темной материи оказалось статистически значимым».
|
|
|
|
В третьем исследовании ученые под руководством с Марком Аелло из Университете Клемсона в Южной Каролине и Маттиа Ди Мауро из Национальной ускорительной лаборатории SLAC в Калифорнии решили пойти в другом направлении. Вместо того чтобы смотреть на конкретные астрономические цели, команда взяла за основу анализа данные LAT, собранные за 6,5 лет, и проанализировала фоновое свечение гамма-лучей по всему небу.
|
|
|
|
Природа этого света, внегалактического гамма-лучевого фона (EGB), обсуждается с момента первого его измерения NASA SAS-2 в начале 1970-х. «Ферми» показал, что большая часть этого света рождается в относительно редких источниках гамма-лучей, блазарах, которые подпитываются материалов, падающим в гигантские черные дыры. На блазары приходится больше половины всех гамма-лучевых источников, которые видел «Ферми», и они составляют еще большую долю в новом каталоге высокоэнергетических гамма-лучей, составленном LAT.
|
|
|
|
Некоторые модели предсказывают, что гамма-лучи (EGB) могут возникать из далеких взаимодействий частиц темной материи, вроде аннигиляции или распада вимпов. В подробном анализе высокоэнергетических гамма-лучей EGB, опубликованном 14 апреля в Physical Review Letters, Аелло и его команда показали, что блазары и другие дискретные источники могут объяснить почти все это излучение.
|
|
|
|
«Остается очень мало места для сигналов из экзотических источников внегалактического гамма-лучевого фона, что, в свою очередь, означает, что любой вклад этих источников будет относительно небольшим, — говорит Аелло. — Эта информация может помочь нам установить пределы на то, как часто частицы-випы могут сталкиваться или распадаться.
|
|
|
|
Хотя все эти недавние исследования остались с пустыми руками, поиск темной материи продолжается как в космосе, так и на земле. «Ферми» добавил к этим поискам Alpha Magnetic Spectrometer NASA, детектор частиц на Международной космической станции.
|
|
|
|
http://hi-news.ru/research-development/nasa-rasshiryaet-missiyu-fermi-dlya-poiska-temnoj-materii.html
|
