Продолжительные наблюдения за таймингом сигналов пульсаров позволили наложить ограничения на количество частиц ультралегкой темной материи. Согласно новым данным, ультралегкие частицы точно не могут составлять 100% темной материи в Млечном Пути.
Массивное скопление галактик Cl 0024+17 (ZwCl 0024+1652), выполняющее роль линзы. Снимок в видимом свете (слева). Судя по форме и позиции линзированных далеких галактик, в скоплении-линзе есть темная материя. Ее расположение отмечено на снимке справа голубой «дымкой» / © NASA, ESA, M.J. Jee, and H. Ford (Johns Hopkins University)
Природа темной материи — одна из главных загадок современной астрофизики. Многие наблюдения и расчеты указывают на существование «невидимого» вещества, которое взаимодействует с «обычной» барионной материей лишь гравитационно. В их числе — что-то невидимое, «раскручивающее» внешние области галактических дисков быстрее положенных скоростей, движение скоплений галактик, расчеты по реликтовому излучению, колебания плотности барионной материи и другие.
Так как темная материя не взаимодействует с излучением, астрофизики не могут изучать ее привычными методами. Поэтому они ищут альтернативные способы. Межнациональная группа ученых European Pulsar Timing Array использует для поиска темной материи миллисекундные пульсары. Они собирают данные на протяжении почти четверти века.
Наблюдая за таймингом сигналов, приходящих от этих космических «маяков», группа старается оценить плотность ультралегких частиц темной материи. Если она существует, то должна искажать время между «вспышками» пульсаров. В новой работе ученые проанализировали уже второй набор данных наблюдений от шести европейских радиотелескопов. Результаты исследования опубликованы в Physical Review Letters.
«Идея [исследования] появилась, когда я спросил моего куратора, могу ли я продолжить исследования в сфере гравитационных волн, но с точки зрения физики элементарных частиц. Главной целью этого проекта было наложить ограничения на существование так называемой ультралегкой темной материи в нашей Галактике», — объясняет Клемент Смарра, один из авторов новой научной работы.
Благодаря более продолжительным и точным данным наблюдений ученым удалось определить, что гипотетические ультралегкие частицы с массой от 10−24.0 до 10−23,3 электронвольт не могут составлять всю темную материю в окрестностях Млечного Пути.
Модель холодной темной материи успешно объясняет многие аспекты масштабной структуры Вселенной, но не так хорошо работает на расстояниях меньше килопарсека. Например, согласно наблюдениям, плотность темной материи внутри галактик постоянна, а по модели — меняется от центра к краям. Другая известная проблема — «неправильное» количество галактик-спутников у Млечного Пути.
Авторы исследования надеются, что дальнейшие наблюдения за поведением сигналов пульсаров позволят нам еще больше узнать о природе темной материи. Но уже сейчас этот источник излучения убедительно показал, что загадку темной материи точно нельзя разрешить только за счет ее гипотетических ультралегких частиц.
