#темная материя

Фундаментальные для Стандартной модели частицы, нейтрино, не имеют в ее рамках массы. Эксперименты и наблюдения показали, что на самом деле масса у нейтрино есть. В новой работе физики объяснили, что этот эффект нельзя объяснить через скрытый сектор физики и темную материю.

В самом сердце Млечного Пути происходят необычные вещи. Там, где должны пульсировать древние, выгорающие светила, сверкают молодые, будто только что родившиеся звезды. Ученые долго ломали голову над этой загадкой. Теперь у них есть дерзкое объяснение.

Галактики — спутники Млечного Пути преимущественно представляют собой карликовые сфероидальные системы. Астрономам известно о существовании примерно 60 таких объектов, однако результаты нового исследования показали, что вокруг нашей Галактики могут вращаться до 100 «пропавших» спутников.

Если темная материя состоит из тяжелых частиц, она должна взаимодействовать с объектами, слишком легкими, чтобы стать настоящими звездами. При этом они все начнут светиться, став темными звездами, посчитали авторы новой научной работы.

Сотрудники Института физики микроструктур РАН (филиал ИПФ РАН) приняли участие в разработке детектора одиночных микроволновых фотонов и провели цикл измерений по исследованию статистики тепловых фотонов в лаборатории «Сверхпроводниковая наноэлектроника» Центра квантовых технологий в НГТУ. Ученым удалось впервые в мире зафиксировать одиночные фотоны в области 14 ГГц, имеющие тепловую природу.

Изучив распределение древних и плотных звездных систем в скоплении Персея, ученые наткнулись на уникальную галактику, которая практически полностью состоит из темной материи.

Вопрос о том, из чего состоит темная материя, — ключевой в понимании современной Вселенной. Основные гипотезы на этот счет в последние годы поставили под сомнение из-за самых разных наблюдений. Теперь к ним добавилось еще одно: поведение карликовых галактик во Вселенной в принципе несовместимо с моделью холодной темной материи, еще недавно бывшей общепринятой.

Астрономы долго считали небольшие сфероидальные галактики, гравитационно связанные с Млечным Путем, древними и «мертвыми» — то есть системами, лишенными газа и неспособными к звездообразованию. Однако недавно молодые светила возрастом до двух миллиардов лет обнаружили в гало нашей Галактики и в ее ближайших спутниках, что противоречит устоявшимся представлениям об эволюции этих систем.

Ученые догадываются о существовании темной материи только по косвенным признакам: благодаря гравитационному воздействию, которое темная материя оказывает на обычную. Теперь астрономы нашли первые зацепки, выяснилось, что эта загадочная субстанция может иметь необычную форму: возможно, она умеет «липнуть» к самой себе. Ключом к новой идее стала далекая система гравитационных линз, чья аномальная плотность не вписывается в привычные законы космоса. Если гипотеза подтвердится, человечеству придется пересмотреть фундаментальные представления о ткани мироздания.

Кандидатов в гипотетические темные звезды — светила, питающиеся не термоядерным синтезом, а аннигиляцией частиц темной материи — впервые обнаружили в 2023 году. Тогда астрономы располагали только фотометрическими данными. Авторы нового исследования проанализировали спектры этих объектов и показали, что они согласуются с теоретической моделью темных звезд.

С помощью радиотелескопа FAST астрономы заметили необычное облако нейтрального водорода недалеко от Млечного Пути. Оно может оказаться одним из первых убедительных кандидатов в темные галактики — гипотетические структуры, почти лишенные звезд, но содержащие газ и темную материю.

Астрономы рассмотрели редкий пример гравитационной линзы — галактику, которая исказила и увеличила изображения даже не одного, а как минимум двух скрытых за ней объектов. Выяснилось, что они, в свою очередь, позволили обнаружить нечто необычное в самой «линзе»: на окраине этой крупной галактики, похоже, скрывается массивный и плотный сгусток невидимой массы — возможно, темной материи. Если так, то это противоречит представлениям многих ученых о структуре «темного вещества» Вселенной.

Астрофизики предложили новый механизм формирования сверхмассивных черных дыр в первые эпохи существования Вселенной. Ключевую роль в этом процессе сыграла ультралегкая темная материя, которая генерировала ультрафиолетовое излучение, необходимое для коллапса газовых облаков.

Ученые исходят из предположения, что гипотетическое невидимое вещество влияет на обычное не только своей гравитацией. По их мнению, частицы темной материи могут сталкиваться с атомами внутри планет, и во время этих столкновений выделяется энергия. В результате, по расчетам, на Земле должна неуклонно сокращаться продолжительность суток: на 12 секунд каждые 100 лет.

Изучив данные, полученные с помощью космического телескопа «Евклид», астрономы обнаружили 2674 карликовые галактики — это объекты с низкой светимостью и массой. Разные формы и свойства «галактических малышей» помогут лучше понять процесс возникновения крупных систем.

Темной материи во Вселенной примерно в пять раз больше, чем привычного нам видимого вещества. По ее гравитационному воздействию ученые могут вычислить наличие и распределение темной материи, но увидеть ее саму или хотя бы рассчитать массу частиц пока не получается. Авторы новой работы показали, что необычное поведение газа в центре Галактики может быть следствием аннигиляции частиц темной материи — значит, можно вывести их массу.

Два десятка лет назад астрономы обнаружили, что у больших галактик есть маленькие, едва заметные спутники. Выяснилось, что у Млечного Пути их десятки, а у Туманности Андромеды — почти 20. Эти ультратусклые «карлики», сопровождающие гигантских хозяев, насыщены темной материей. В большинстве из них наблюдается раннее звездообразование. Находить спутники у крупных галактик помогают обзоры неба, такие как Археологическое исследование Пан-Андромеда (PAndAS). На сей раз из его архива «выудили» самую тусклую и компактную галактику-спутник.

Ученые практически не сомневаются в существовании темной материи — невидимого нечто, гравитация которого определяет эволюцию галактик. Однако из чего она состоит, по-прежнему неизвестно, а продолжающиеся поиски не принесли результатов. Обратившись к более экзотическим гипотезам, исследователи предложили различать теплую, холодную и размытую темную материю по характерным признакам, включая формирование галактических нитей (филаментов) в ранней Вселенной. Именно размытую темную материю недавно заподозрили в том, что она способна образовывать сгустки, которые становятся ядрами галактик.

Слушатели узнают, что такое антиматерия, и почему ученые ее изучают.

Рассмотреть отдельные звезды в удаленных от Земли галактиках невероятно сложно, однако в древней Дуге Дракона ученым удалось открыть сразу 44 звезды. Наблюдать светила в галактике, которую астрономы видят такой, какой она была 6,5 миллиарда лет назад, получилось с помощью космического телескопа «Джеймс Уэбб» и гравитационного линзирования — естественного эффекта увеличения, вызываемого сильными гравитационными полями массивных объектов. До сих пор обнаружить столь большое количество отдельных звезд в относительно юной Вселенной никому не удавалось.