• Добавить в закладки
  • Facebook
  • Twitter
  • Telegram
  • VK
  • Печать
  • Email
  • Скопировать ссылку
29.04.2022
Иван Лавренов
1
2 252

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». / Автор: Ольга Кузьмина

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
Позавчера, 13:05
Юлия Трепалина

Во время проживания в отелях туристы, как правило, расходуют ощутимо больше воды, чем у себя дома: из-за долгого плескания в душе разница может доходить до 250 литров в день. В новом исследовании ученые с помощью эксперимента показали, как побудить отдыхающих пользоваться водными ресурсами экономнее.

Позавчера, 18:00
Андрей

Индийские палеонтологи обнаружили 27 крупных позвонков древней змеи эпохи раннего эоцена, которую отнесли к новому виду. По оценкам исследователей, это самый крупный представитель семейства Madtsoiidae, чей рост мог достигать 15 метров. Ему дали имя в честь индийского божества.

17 апреля
НИУ ВШЭ

Северный Кавказ играл ключевую роль в древней колонизации Евразии и формировании ее культурного и генетического наследия, однако до сих пор не до конца изучена генетическая история носителей местных культур. Ученые впервые провели глубокое секвенирование древней ДНК представителей кобанской культуры, сформировавшейся в позднем бронзовом веке на Северном Кавказе, и сравнили ее с генетическими данными современных народов Кавказа. Результаты работы подтвердили роль носителей кобанской культуры как древнего генетического моста между бронзовым и железным веками на Северном Кавказе.

16 апреля
Ольга Иванова

Американские исследователи пришли к выводу: тихоходки способны повышать уровень продуктов генов репарации ДНК до такой степени, что это позволяет сделать их одними из самых распространенных в своем геноме. Среди прочего это помогает им выдерживать экстремальную радиацию.

17 апреля
НИУ ВШЭ

Северный Кавказ играл ключевую роль в древней колонизации Евразии и формировании ее культурного и генетического наследия, однако до сих пор не до конца изучена генетическая история носителей местных культур. Ученые впервые провели глубокое секвенирование древней ДНК представителей кобанской культуры, сформировавшейся в позднем бронзовом веке на Северном Кавказе, и сравнили ее с генетическими данными современных народов Кавказа. Результаты работы подтвердили роль носителей кобанской культуры как древнего генетического моста между бронзовым и железным веками на Северном Кавказе.

Позавчера, 13:05
Юлия Трепалина

Во время проживания в отелях туристы, как правило, расходуют ощутимо больше воды, чем у себя дома: из-за долгого плескания в душе разница может доходить до 250 литров в день. В новом исследовании ученые с помощью эксперимента показали, как побудить отдыхающих пользоваться водными ресурсами экономнее.

8 апреля
Василий Парфенов

Режим работы, количество трудовых часов в неделю и экономическую стабильность профессии прочно ассоциируют с благополучием человека. Количественно и качественно определить эти взаимосвязи получается редко — нужны большие выборки респондентов и длительное время наблюдений. Автор новой научной работы использовал долговременное исследование более чем семи тысяч американцев, чтобы выявить основные эффекты паттернов трудовой деятельности на психическое и физическое здоровье работающих людей.

28 марта
Игорь Байдов

Американская компания JetZero, которая обещает произвести фурор в гражданской авиации, получила сертификат летной годности на испытания уменьшенной копии разрабатываемого ею сверхэффективного реактивного авиалайнера со «смешанным крылом». Предстоящая программа летных испытаний будет направлена на оценку летно-технических характеристик самолета, его устойчивости и управляемости.

21 марта
Дарья Г.

По спектральным данным от «Джеймса Уэбба» и результатам компьютерного моделирования атмосферы астрономы показали, что экзопланета LHS 1140 b — мир-океан. Причем по характеристикам это лучший на сегодня потенциально обитаемый мир, подходящий для пристального изучения.

[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?
Причина отклонения
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: