«Ураган» темной материи в Млечном Пути поможет узнать ее природу

Среди материи центрального диска, спиральных рукавов и внешнего гало нашей Галактики обнаруживаются десятки потоков звезд, которые движутся отдельными, довольно тесными группами. В прошлом году наблюдения астрометрического зонда Gaia позволили открыть новый такой поток S1, включающий множество древних звезд, летящих по длинной дуге по периферии Галактики на скорости порядка 500 км/с.

Считается, что такие потоки — останки поглощенных Млечным Путем карликовых галактик и скоплений. Поэтому, помимо звезд, некоторые из них могут включать и дополнительную компоненту — темную материю, оставшуюся от исходной галактики. Так и вместе с S1 в движение, направленное против вращения самого Млечного Пути, может увлекаться и мощный «ураган» темной материи погибшей галактики.

Стоит сказать, что Вселенная должна содержать в несколько раз больше этой странной формы вещества, чем обычной материи, состоящей из протонов, электронов, фотонов и прочих известных частиц. По современным представлениям, темная материя должна управлять рождением и ростом целых галактик —  тем не менее мы до сих пор толком не знаем, из чего состоит темная материя и как она устроена. Существуют лишь гипотезы о том, как именно выглядят и ведут себя ее частицы и какова ее природа. Возможно, разобраться в этой загадке поможет звездный поток S1: об этом ученые пишут в статье, опубликованной в журнале Physical Review D.

Работающий в Кембриджском университете астрофизик Василий Белокуров и его коллеги отмечают, что, судя по расчетам, предшественником S1 должна быть небольшая галактика, по размерам сравнимая с карликовой галактикой Печи и содержавшая достаточное количество темной материи. Проведя математическое моделирование, авторы показали, что ее присутствие может быть замечено и сегодня, когда S1 проходит в сравнительной близости от нас, а его темная материя, по выражению ученых, «бьет Солнечную систему в лицо».

Наиболее популярная модель темной материи — «вимпы»: это слабо взаимодействующие частицы массой намного тяжелее протона — в зависимости от гипотезы, в несколько раз или в несколько сотен раз. Ученые рассмотрели несколько популярных версий о природе частиц темной материи и показали, что уже имеющиеся детекторы смогут обнаружить некоторые из них — например, вимпы массой от пяти до 25 масс протона или частицы-аксионы.

Их поток, приходящий на Землю со стороны S1, должен быть чуть сильнее, чем с других направлений, и, если он возрастает хотя бы на 10 процентов, его следы можно будет заметить: вимпы — с помощью детекторов, аксионы — по их распаду на фотоны при прохождении через сверхмощные магнитные поля. Разумеется, если те или другие вообще существуют.