Нова теоретична модель темної матерії приносить нову надію дослідникам, які роками намагаються її виявити

@josemnieves MADRID Оновлено: 29.03.2019 08: 51год

якби

Пов’язані новини

У новій спробі спостерігати за цим "іншим типом матерії", до якого вчені були стійкими десятиліттями, група дослідників з Росії, Фінляндії та США змінила теоретичну модель, яка описує, якими можуть бути складові частинки речовини темний. Дослідники провели цю роботу, проаналізувавши дані численних спостережень активних галактичних ядер.

Новий підхід означає все "киснева куля" що дає нову надію численним науковим групам по всьому світу намагається розгадати таємницю темної матерії. Насправді, після незліченних спроб наукове співтовариство досі не знає, з чого можна зробити такий відмінний від загальноприйнятого матеріал. Робота щойно опублікована в Journal of Cosmology and Atroparticle Physics .

Темний, невидимий і не виявляється

Питання про те, з яких видів частинок складається темна речовина, є вирішальним для сучасної фізики. Буквально кілька років тому міжнародне співтовариство дослідників було впевнене, що як би там не було, це дізнається Великий адронний колайдер (LHC), найбільший прискорювач частинок на планеті. Але це не так, і наслідком було те буквально цілу низку загальних гіпотез довелося викинути про природу темної матерії, яка, як ми знаємо, в п'ять разів більше, ніж звичайна речовина, з якої створені всі планети, зірки та галактики, які ми можемо побачити.

Існує багато вказівок на те, що темна матерія справді існує, хоча все вказує на те, що вона зроблена з "чогось більшого", ніж частинки, що збирають Стандартну модель, велику теорію, яка об'єднує всі "шматочки", що складають матерію (звичайну) закони, які це регулюють. Тому і в умовах цієї невтішної відсутності прогресу фізики змушені розглядати "інші варіанти", часто набагато складніші.

Найбільш поширена думка з цього приводу є така необхідно «розширити» Стандартну модель так що він також включає інші частинки, які в даний час невідомі. Недоліком є ​​те, що масовий діапазон цих гіпотетичних частинок величезний. Насправді між найлегшою та найважчою з пропозицій на сьогодні є різниця між. 40 порядків величини!

Надлегкі частинки

Одна з існуючих теоретичних моделей стверджує, що темна речовина складалася б з надлегких частинок. Що може запропонувати послідовне пояснення багатьох астрономічних спостережень. Тим не менше, такі частинки були б настільки легкими, що ледь взаємодіяли б із світлом і зі звичайною темою, що зробило б їх надзвичайно важкими для вивчення. Насправді, за сучасних середовищ практично неможливо виявити одну з цих частинок в лабораторії, саме тому дослідники намагаються знайти їх у просторі.

“Ми говоримо про частинки темної матерії, які могли б бути На 28 порядків легше електрона Каже Сергій Троїцький, співавтор статті та головний науковий співробітник Інституту ядерних досліджень Російської академії наук. Це поняття надзвичайно важливо для моделі, яку ми вирішили протестувати. Гравітаційна взаємодія - це те, що видає присутність темної матерії. Якщо пояснити всю масу темної речовини, що спостерігається, за допомогою надлегких частинок це означало б, що їх величезна кількість. Але з такими легкими частинками виникає питання: як ми захистимо їх від набуття ефективної маси за рахунок квантових поправок? Однією з можливих відповідей було б те, що ці частинки слабко взаємодіють з фотонами, тобто з електромагнітним випромінюванням. Який пропонує набагато простіший спосіб їх вивчення: безпосереднє спостереження електромагнітного випромінювання в космосі ».

Поле замість частинок

Коли кількість частинок настільки велика, важко розглядати їх як окремі частинки і набагато практичніше розглядати їх як поле певної щільності, яка пронизує Всесвіт. Це поле коливається узгоджено над регіонами, розміри яких становлять приблизно 100 парсек, або те саме, приблизно 325 світлових років.

Що визначає період коливань, це маса частинок. Якщо модель, яку розглядають автори, є правильною, цей період повинен становити приблизно один рік. Коли поляризоване випромінювання проходить через це поле, площина поляризації випромінювання коливається з тим самим періодом.

Відповідь - у галактичних ядрах

Справа в тому, що якщо періодичні зміни, такі як описані, насправді відбуваються, ці зміни можна виявити під час астрономічних спостережень. Крім того, тривалість періоду (один земний рік) дуже зручна, оскільки багато астрономічних об'єктів спостерігаються протягом декількох років, що було б більш ніж достатнім часом для прояву змін поляризації.

Для своєї роботи дослідники вирішили використовувати дані земних радіотелескопів, оскільки вони повертаються до одних і тих же астрономічних об’єктів багато разів протягом одного циклу спостереження. Такі телескопи можуть спостерігати віддалені активні галактичні ядра, області перегрітої плазми поблизу центрів галактик. І ці регіони випромінюють сильно поляризоване випромінювання. Отже, спостерігаючи за ними, можна спостерігати за зміною кута поляризації протягом декількох років.

“Спочатку, - пояснює Троїцький, - здавалося, що сигнали окремих астрономічних об’єктів демонстрували синусоїдальні коливання. Але проблема полягала в тому, що синусоїдальний період повинен був визначатися масою частинок темної речовини, а це означає, що він повинен бути однаковим для всіх об’єктів. У нашій вибірці було 30 об’єктів. І може бути, що деякі з них коливалися через власну внутрішню фізику, але періоди все одно ніколи не були однаковими. А це означає, що взаємодія наших надлегких частинок з випромінюванням може бути обмежена. Ми не говоримо, що таких частинок не існує, але ми показали, що вони не взаємодіють з фотонами, що обмежує доступні моделі, що описують склад. темної матерії ».

"Уявіть, наскільки це було захоплююче", - каже Юрій Ковальов, співавтор статті та директор досліджень та лабораторій Московського фізико-технічного інституту та Інституту фізики імені Лебедєва Російської академії наук. Ви проводите роки, вивчаючи квазари, коли одного дня з’являються фізики-теоретики, і вони кажуть вам, що результати наших високоточних вимірювань поляризації з високою кутовою роздільною здатністю раптом допоможуть зрозуміти природу темної матерії ".

Відтепер команда планує шукати прояви гіпотетичних важчих частинок темної речовини, запропоновані іншими теоретичними моделями. Що вимагатиме роботи в різних спектральних діапазонах та використання інших методів спостереження.

«Зараз, - робить висновок Троїцький, - весь світ займається пошуками частинок темної матерії, що є однією з найбільших загадок фізики. Але на сьогоднішній день жодна модель не буде прийнята як улюблена, а також не буде вважатися краще розробленою або більш правдоподібною, ніж інші, щодо наявних експериментальних даних. Ми повинні спробувати їх усіх. На жаль, темна матерія є "темною" в тому сенсі, що вона майже не взаємодіє ні з чим, особливо зі світлом. Очевидно, в деяких налаштуваннях це може мати незначний вплив на світлові хвилі, що проходять через нього. Але інші сценарії передбачають, що між нашим світом та темною матерією не існує взаємодій, крім тих, що опосередковані гравітацією. І це дуже важко знайти його частинки ».