• Добавить в закладки
  • Facebook
  • Twitter
  • Telegram
  • VK
  • Печать
  • Email
  • Скопировать ссылку
29.04.2022
Иван Лавренов
1
2 239

Темная материя снова ускользает: загадочное гамма-излучение из центров галактик порождают нейтронные звезды

5.0

Избыток гамма-излучения из центра Млечного Пути поддался объяснению. Лучшим кандидатом на роль его источника оказалась неучтенная популяция миллисекундных пульсаров, образующаяся по «нестандартному» механизму.

Небо в гамма-лучах, картографированное космическим телескопом «Ферми».
Небо в гамма-лучах, картографированное космическим телескопом «Ферми».

Темная материя — самая весомая и загадочная «материальная» составляющая нашей Вселенной. Она составляет до 85% всей гравитирующей массы Вселенной, однако до сих пор не поддается попыткам обнаружить ее напрямую. Темная материя присутствовала в ранних эпохах Вселенной, и ее скопления способствовали образованию галактик, а сейчас она «скрепляет» их содержимое посредством гравитации — вот и практически и все, что о ней достоверно известно.

Один из кандидатов на роль темной материи — так называемые вимпы (WIMPs, weakly interacting massive particles), или слабовзаимодействующие массивные частицы. Они могли бы образоваться сразу после Большого Взрыва, когда энергия частиц превышала все, что можно достичь в коллайдерах, а после остывания образовать устойчивые сгущения размером с галактику. По одному из предположений, частицы темной материи могут являться майорановскими фермионами и аннигилировать друг с другом — тогда их можно было бы попытаться засечь по рассеянному гамма-излучению, исходящему из областей их высокой концентрации (то есть центров галактик).

Похожее излучение было обнаружено при анализе данных космического телескопа «Ферми», который провел обзор неба в гамма-лучах. Избыток излучения с энергией около двух гигаэлектронвольт исходит из нескольких центральных килопарсек Млечного Пути и концентрируется к его центру. Полностью объяснить этот избыток с помощью известных явлений ранее не удавалось, и ученые неоднократно пытались связать его с аннигиляцией темной материи.

Здесь астрономам приходилось нелегко. Мы не знаем массу частиц темной материи, и энергия излучения от их аннигиляции может быть какой угодно — в диапазоне от нескольких кило- до сотен гигаэлектронвольт (энергия видимого света составляет два-три электронвольта, а излучения в медицинском рентгеновском аппарате — десятки килоэлектронвольт). Идентификация их сигнала среди множества других процессов сродни поиску иголки в стоге сена, особенно в таком бурном и неизведанном регионе, как центр Галактики.

Центр Млечного Пути в инфракрасных и рентгеновских лучах
Центр Млечного Пути в инфракрасных и рентгеновских лучах / © NASA/JPL-Caltech/ESA/CXC/STScI

Команда ученых во главе с Ануджем Гаутамом (Anuj Gautam) из Австралийского национального университета изучила возможные механизмы формирования пульсаров, которые могут создавать избыток гамма-излучения. Оказалось, его может испускать ранее неизвестная популяция нейтронных звезд, существующая в центре Млечного Пути.

Нейтронные звезды — одни из самых экстремальных объектов в космосе — имеют в своем арсенале множество способов испускать высокоэнергетическое излучение, и в галактическом центре они водятся в изобилии. Обычно они образуются во вспышках сверхновых, и пульсары с коротким периодом вращения способны породить именно то излучение, которое открыли при анализе данных «Ферми». Тем не менее, предыдущие попытки привлечь их к этому встретились со сложностями.

Напрямую пульсары с такого расстояния видны редко, но массивные звезды часто существуют в кратных системах. Их популяция, достаточная для образования нужного количества пульсаров, породила бы и слишком много рентгеновских двойных — а их в центре Галактики было бы видно хорошо. Кроме того, при своем рождении во вспышке сверхновой пульсары часто получают мощную отдачу и улетают прочь в случайном направлении. Такие пульсары просто не смогли бы «столпиться» в центре галактики.

«Шип» слева снизу - след пульсара, получившего отдачу и покидающего остаток сверхновой
«Шип» слева снизу – след пульсара, получившего отдачу и покидающего остаток сверхновой / © F. Schinzel et al. (NRAO, NSF), Canadian Galactic Plane Survey (DRAO), NASA (IRAS)

И все же, предполагаемый спектр пульсарного излучения слишком хорошо совпадает с наблюдаемым, чтобы отступать от этого объяснения. Ученые проверили, способны ли другие механизмы произвести достаточное количество пульсаров, и один из них действительно подошел – коллапс тяжелых белых карликов, входящих в состав двойных звезд.

Обычно поглощение белым карликом вещества звезды-компаньонки приводит к вспышкам новых. Когда белый карлик «переедает», водород на его поверхности взрывается и рассеивается в космос, после чего аккреция возобновляется. Но часть продуктов реакции остается на поверхности белого карлика, поэтому этот процесс может повторяться не вечно, а только до достижения предела Чандрасекара. Приближение к нему сопровождается столь сильным сжатием и разогревом вещества белого карлика, что запускает термоядерную реакцию во всей его массе.

Дальнейшее зависит от состава белого карлика: чем более легкие элементы в него входят, тем больше энергии выделяется при взрыве. Углерод-кислородные белые карлики взрываются целиком, становясь сверхновыми первого типа, а кислород-неоновые, энергии взрыва которых недостаточно для полного разлета их вещества, коллапсируют в пульсары.

Оказалось, в центре Млечного Пути может накопиться достаточно таких пульсаров, чтобы устранить расхождение предсказанного гамма-излучения с наблюдаемым, а заодно и объяснить диффузное микроволновое излучение, исходящее из центра Галактики.

Таким образом, темная материя снова ускользнула, и все наши знания о ней по-прежнему ограничены косвенными признаками. Поиски иголки в стоге сена продолжаются, и приводят к появлению все новых и новых знаний о самом стоге.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Подписывайтесь на нас в Telegram, Яндекс.Новостях и VK
Предстоящие мероприятия
Вчера, 12:19
РНФ

Ученые показали, что экстремальный подъем уровня Каспийского моря на десятки метров, произошедший 18-13 тысяч лет назад и получивший название «Великая Хвалынская трансгрессия», мог быть вызван, вопреки существующим гипотезам, не таянием ледника, а естественными изменениями палеоклимата. Оказалось, что из-за холодного климата того периода обширные территории, с которых собирали воду впадающие в Каспий реки, были покрыты многолетней мерзлотой. В результате массы дождевых и талых вод почти не впитывались в мерзлые грунты и стекали в море, испарение с поверхности которого было небольшим. Все эти факторы привели к повышению уровня Каспия и увеличению площади моря более чем вдвое по сравнению с современным. Полученные данные помогут уточнить представления о масштабе колебаний уровня Каспийского моря при изменении климата.

Вчера, 14:56
Илья

Команда ученых, работавшая вместе со съемочной группой National Geographic в отдаленных районах Амазонки, обнаружила ранее не задокументированный вид гигантской анаконды.

Позавчера, 17:08
Ольга Иванова

Канадские исследователи изучили поведение приматов в естественной среде обитания и пришли к выводу, что те из них, кто имеет врожденные аномалии или покалечен в процессе жизни, вполне неплохо адаптируются к своим недостаткам. Они не только выживают, но и размножаются. Более того, им активно помогают сородичи.

20 февраля
Полина

В Российской академии наук завершили первый Большой словарь ударений, его издадут к концу года. Лингвисты собрали наиболее современные нормы произношения привычных слов и зафиксировали ударение для лексики, которая появилась в русском языке недавно.

Вчера, 12:19
РНФ

Ученые показали, что экстремальный подъем уровня Каспийского моря на десятки метров, произошедший 18-13 тысяч лет назад и получивший название «Великая Хвалынская трансгрессия», мог быть вызван, вопреки существующим гипотезам, не таянием ледника, а естественными изменениями палеоклимата. Оказалось, что из-за холодного климата того периода обширные территории, с которых собирали воду впадающие в Каспий реки, были покрыты многолетней мерзлотой. В результате массы дождевых и талых вод почти не впитывались в мерзлые грунты и стекали в море, испарение с поверхности которого было небольшим. Все эти факторы привели к повышению уровня Каспия и увеличению площади моря более чем вдвое по сравнению с современным. Полученные данные помогут уточнить представления о масштабе колебаний уровня Каспийского моря при изменении климата.

19 февраля
Полина

Подростки чаще пробуют писать музыку, если у них есть возможность получать соответствующее дополнительное образование, а также когда они чувствуют поддержку и преемственность. При этом есть пять типовых траекторий, которые приводят к собственному творчеству.

20 февраля
Полина

В Российской академии наук завершили первый Большой словарь ударений, его издадут к концу года. Лингвисты собрали наиболее современные нормы произношения привычных слов и зафиксировали ударение для лексики, которая появилась в русском языке недавно.

1 февраля
Андрей

Канадские исследователи изучили состав пород, вышедших на поверхность при появлении первых континентов. По итогам анализа выяснилось, что новая земная кора возникла не в результате движения тектонических плит, а из-за процессов в океанических плато молодой Земли.

15 февраля
Дарья Губина

Титан — самый органически богатый спутник с глобальным океаном в Солнечной системе. И все же, сопоставив строение его поверхности с интенсивностью падения метеоритов, ученые пришли к выводу, что в океане спутника Сатурна вряд ли хватает элементов для жизни.

[miniorange_social_login]

Комментарии

1 Комментарий

Yuriy Portnov
21.06.2022
-
0
+
Было бы здорово если бы в публикации была бы ссылка на статью Ануджу Гаутама
Подтвердить?
Подтвердить?
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.

Понятно
Жалоба отправлена

Мы обязательно проверим комментарий и
при необходимости примем меры.

Спасибо
Аккаунт заблокирован!

Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.

Понятно
Что-то пошло не так!

Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.

Понятно
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.
Ваша заявка получена

Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно
Ваше сообщение получено

Мы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: