• Добавить в закладки
  • Facebook
  • Twitter
  • Telegram
  • VK
  • Печать
  • Email
  • Скопировать ссылку
21.03.2019
ФизТех
9 053

Физики ограничили темную материю

3.9

Ученые из России, Финляндии и США при анализе наблюдений за активными ядрами галактик смогли поставить ограничения на теоретическую модель частиц, составляющих темную материю. Это подталкивает научные группы по всему миру к дальнейшему изучению загадки — из чего же состоит темная материя.

«Центавр А» является одним из активных галактических ядер, ближайших к Земле / ©ESO, WFI (оптический); MPIfR, ESO, APEX, A.Weiss et al. (субмиллиметровый); NASA, CXC, CfA , R.Kraft et al. (рентгеновский) / Автор: Telestis Scaevinius

Работа опубликована в Journal of Cosmology and Astroparticle Physics.

Вопрос о том, какие частицы составляют темную материю, в физике элементарных частиц сегодня один из ключевых. Были предположения, что составляющие ее частицы будут обнаружены на Большом адронном коллайдере (БАК).

Однако этого не произошло — целый ряд ставших классическими гипотез о природе темной материи не подтвердился. Самые разные наблюдения показывают, что темная материя существует, но получается, она не может состоять из частиц Стандартной модели.

Поэтому физики вынуждены рассматривать более сложные и многообразные варианты. Речь идет о расширении Стандартной модели элементарных частиц. Например, обсуждаются гипотетические частицы с массами от 10-26 до 10+14 масс электрона, то есть на 40 порядков отличающимися друг от друга.

Существует теоретическая модель, которая объясняет состав темной материи с помощью сверхлегких частиц. Она успешно решает часть задач, которые вытекают из астрономических наблюдений.

Но такие легкие частицы сложно изучать, потому что они очень слабо взаимодействуют с окружающим веществом и светом. В лабораторных условиях обнаружить их практически невозможно, поэтому ученые ориентируются на астрономические наблюдения.

«Мы говорим о частицах темной материи, которые на 28 порядков легче электрона. Для модели, которую мы решили проверить, это принципиально важно. Темную материю мы видим по гравитационным проявлениям.

И если набрать наблюдаемую массу темной материи сверхлегкими частицами, их получится очень много. Но когда речь идет о столь легких частицах, сразу возникает вопрос, как защитить их от получения эффективной массы из-за квантовых поправок?

Расчеты показывают, что ответ может быть связан со слабым взаимодействием этих частиц с фотонами, электромагнитным излучением. Из чего открывается возможность изучать их гораздо проще, потому что астрономия позволяет наблюдать электромагнитное излучение», — рассказывает Сергей Троицкий, один из авторов работы, главный научный сотрудник Института ядерных исследований РАН.

Когда частиц много, можно говорить о них не как о частицах, а как о поле, которое заполняет всю Вселенную с определенной плотностью. В доменах размером порядка 100 парсек поле когерентно осциллирует.

Период осцилляции определяется массой частиц, если исходить из рассмотренной авторами модели, он должен составлять порядка одного земного года. При прохождении поляризованного излучения сквозь такое поле плоскость поляризации световой волны начнет вращаться с тем же периодом.

Подобные изменения свойств излучения можно отследить благодаря астрономическим наблюдениям. И периодичность порядка года очень удобна, потому что за многими объектами наблюдение ведется на протяжении нескольких лет, значит, изменения в поляризации их излучения можно будет легко обнаружить.

Авторы работы решили использовались данные наземных радиотелескопов, так как они возвращаются к одним и тем же астрономическим объектам много раз на протяжении цикла наблюдений. Такие телескопы видят далекие ядра активных галактик — сгустки плазмы.

Из последних выходит излучение с очень высокой степенью поляризации. Наблюдая один и тот же сгусток, можно увидеть, как изменяется угол поляризации от года к году.

«Сначала нам показалось, что сигнал отдельных астрономических объектов вырисовывает синусоиду. Но проблема заключается в том, что период этого синуса должен определяться массой частиц темной материи, а значит, должен быть одинаковым у всех объектов.

Наша выборка была из 30 наблюдаемых объектов. И даже если попадались периодические изменения, которые связаны с внутренней физикой этих излучающих областей, от одного объекта к другому периоды никогда не повторялись, — продолжает Сергей Троицкий.

— Это значит, что взаимодействие с излучением наших сверхлегких частиц темной материи можно смело ограничить. Мы не исключаем существование таких частиц, но мы показали отсутствие их взаимодействия с фотонами, тем самым получив ограничение на существующие модели, описывающие состав темной материи».

«Представляете, как здорово?! В течение многих лет изучаешь себе квазары, а тут приходят коллеги-теоретики и оказывается, что результаты наших высокоточных поляризационных измерений можно использовать для понимания природы темной материи!» — восторженно добавляет Юрий Ковалев, соавтор работы, руководитель научных лабораторий в ФИАН и МФТИ.

В дальнейшем авторы планируют искать проявления возможных частиц темной материи больших масс, которые рассматриваются в других теоретических моделях. Для этого нужны иные методы наблюдений и спектральные диапазоны. По словам Сергея Троицкого, альтернативные модели имеют более жесткие ограничения.

«Сейчас весь мир работает над поиском частиц темной материи. Это одна из основных загадок в физике частиц. На сегодня нет такой модели, которая была бы основной, лучше проработанной или более вероятной с точки зрения совокупности экспериментальных результатов.

Надо проверять все. К сожалению, темная материя — „темная“ в том смысле, что практически ни с чем не взаимодействует. В частности, со светом. Как видно, в некоторых сценариях она может немного менять световую волну, которая проходит сквозь нее.

Но есть и такой сценарий, в котором ее частицы вообще никак не взаимодействуют с нашим миром. Только гравитационно. Но тогда ее частицы будет очень сложно найти», — заключает Сергей Троицкий.

Работа поддержана грантом Российского научного фонда.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Московский физико-технический институт (национальный исследовательский университет), известен также как Физтех — ведущий российский вуз по подготовке специалистов в области теоретической, экспериментальной и прикладной физики, математики, информатики, химии, биологии и смежных дисциплин. Расположен в городе Долгопрудном Московской области, отдельные корпуса и факультеты находятся в Жуковском и в Москве.
Подписывайтесь на нас в Telegram, Яндекс.Новостях и VK
Предстоящие мероприятия
Вчера, 15:22
Nadya

Земля начала формироваться примерно 4,5 миллиарда лет назад. Чтобы понять, как это происходило в ранние периоды развития нашей планеты, ученые ищут образцы древних горных пород. Одну из таких, возрастом почти 3,5 миллиарда лет, обнаружили рядом с городом Колли в Австралии.

Позавчера, 11:38
МПСУ

Эмоциональное выгорание ИТ-специалиста напрямую связано с его личностными характеристиками. С профессиональными перегрузками и стажем связи нет. К такому выводу пришли ученые МПСУ, которые исследовали ИТ-специалистов двух компаний. Жизнестойкость, то есть способность человека выдерживать стрессовые ситуации без снижения успешности деятельности, в совокупности с внутренней положительной мотивацией формируют иммунитет к эмоциональному выгоранию специалиста в ИТ-сфере. Блокаторами стали интерес к работе и профессиональная удовлетворенность.

Позавчера, 11:06
НИУ ВШЭ

Энцелад — один из крупнейших спутников Сатурна, где потенциально может существовать внеземная микробная жизнь. Исследователи НИУ ВШЭ и ИКИ РАН вычислили характеристики пылевой плазмы и электрических полей, а также концентрацию фотоэлектронов вблизи поверхности спутника. Несмотря на удаленность Энцелада от Солнца, фотоэффект на его поверхности оказался важен для формирования пылевой плазмы.

Вчера, 15:22
Nadya

Земля начала формироваться примерно 4,5 миллиарда лет назад. Чтобы понять, как это происходило в ранние периоды развития нашей планеты, ученые ищут образцы древних горных пород. Одну из таких, возрастом почти 3,5 миллиарда лет, обнаружили рядом с городом Колли в Австралии.

18 июня
Сколтех

Ученые из Сколтеха, Цзилиньского университета и Центра передовых исследований в области науки и технологий высокого давления в Пекине (HPSTAR), а также их немецкие коллеги синтезировали и исследовали новый тип сверхпроводника с высоким содержанием водорода — супергидрид лантана типа A15 с формулой La4H23. Новый материал обладает сверхпроводимостью при температуре ниже −168 градусов и давлении в 1,2 миллиона атмосфер.

19 июня
ПНИПУ

Шаровая молния — выдумка или реальное явление, что такое темная материя и как она влияет на массу Вселенной? Для чего предназначены узоры на кончиках пальцев? Как мы «заражаемся» зевотой и почему мы чихаем, глядя на солнце? Отчего правшей больше, чем левшей и что нужно, чтобы сработал эффект плацебо? Об этом рассказали ученые Пермского Политеха.

24 мая
Игорь Байдов

С помощью космических и наземных телескопов международная команда астрономов открыла похожий на нашу планету мир в так называемой зоне обитаемости, позволяющей воде существовать на поверхности тела в жидком состоянии. По космическим меркам экзопланета находится достаточно близко к Земле и, вероятно, представляет собой скалистый мир с благоприятным для жизни климатом. Подобные миры астрономы открывают крайне редко.

27 мая
Андрей

Европейские гляциологи, используя первые снимки Восточной Антарктиды 1937 года, а также фотографии середины XX века и современные спутниковые данные, отследили, как менялись ледники в этом регионе на протяжении 85 лет.

10 июня
Александр Березин

Исследователи из США выяснили, что примерно два миллиона лет назад Солнечная система захватила хвост облака холодного межзвездного газа. В результате гелиосфера сильно сжалась, дав галактическим лучам свободно облучать все планеты системы. Это должно было вызвать и серьезные проблемы с климатом.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий
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