6 способов изменить погоню за темной материей в 2020 году
Возможно, самой сложной проблемой астрофизики является темная материя. Вера Рубин открыла его в 1970-х годах, показав, что галактики вращаются намного быстрее, чем может объяснить видимая материя в них. Теперь исследователи полагают, что темная материя составляет 85% массы Вселенной и в значительной степени отвечает за формирование формы галактик. Но прошли годы без каких-либо серьезных новых открытий о темной материи, и охота продолжается. Вот наиболее важные направления роста и изменения поиска в 2020 году.
Новый способ охоты за темной материей
Темная материя окружает нас повсюду, потому что мы живем в ореоле темной материи Млечного Пути, но мы не можем напрямую ее обнаружить. Если он влияет на нас каким-либо образом, кроме гравитации, то, вероятно, это связано с редким взаимодействием между частицами темной материи и обычными частицами. В 2020 году в статье для Live Science астрофизик Пол Саттер написал, что экзопланеты рядом с центром галактики, где гало толще, должны испытывать больше этих взаимодействий.
Ожидается, что эти взаимодействия передадут небольшое количество энергии от темной материи к обычной материи. Если это произойдет, со временем экзопланеты должны нагреться так, как это могут обнаружить очень точные телескопы. И космический телескоп Джеймса Уэбба, запуск которого запланирован на октябрь следующего года, может обнаружить это дополнительное тепло. Если это произойдет, это даст ученым новые ключи к разгадке тайн темной вселенной.
Тайны темной материи распались
В последние годы появились заявления о галактиках, в которых либо слишком много темной материи для объяснения нынешних теорий, либо слишком мало. И то, и другое потребует корректировки представлений о темной материи и о том, как формируются галактики. Но в 2020 году две основные претензии в этом направлении разошлись.
Dragonfly 44 (DF44), обнаруженная в 2016 году, казалось, имела огромное гало темной материи и очень мало звезд, что составляло ее массу на 98%. И вот почему: казалось, что у DF44 есть большая группа шаровых скоплений (карманов, заполненных звездами) за пределами его тусклого основного тела, и они, казалось, двигались очень быстро, как будто их тянуло гравитацией чего-то очень тяжелого. Их было слишком много, и они двигались слишком быстро, чтобы это можно было объяснить ничтожной центральной звездной массой галактики. Но последующее измерение в 2019 году показало, что шаровые скопления движутся не так быстро, как при первом измерении. А в 2020 году исследователи пересчитали скопления, обнаружив значительно меньше, чем первоначальные наблюдатели. В конце концов, DF44 – нормальная карликовая галактика.
Другая галактика, DF4, ставила противоположную проблему: казалось, что в ней слишком мало темной материи для большого количества звезд. Но в 2020 году исследователи нашли объяснение: первые наблюдатели DF4 не заметили, как соседняя галактика тянет за собой, удаляя темную материю из ее гало. Этот нормальный процесс, когда темная материя вытягивается из галактики раньше большинства ее звезд, объясняет необычное поведение, о котором впервые сообщалось. И DF4, и DF44 – обычные галактики с типичным количеством темной материи, в конце концов, нет необходимости менять теории.
D-звезда стала претендентом на темную материю
Большинство теорий, которые пытаются объяснить темную материю, предполагают, что это что-то новое, тип частиц, которые ученые никогда не обнаруживали раньше. Но в 2020 году исследователи предположили, что он может состоять из гексакварка d * (2380) или «d-звезды», которая была впервые обнаружена в 2014 году.
D-звезда, состоящая из шести кварков, недолговечна. А темная материя существует уже много лет. Но возможно, исследователи предположили в 2020 году, что d-звезды могут группироваться вместе таким образом, чтобы продлить их жизнь. Нейтроны, сами по себе недолговечные, делают нечто подобное, когда группируются в атомные ядра и живут миллиарды лет. Если условия ранней Вселенной правильно сгруппировали d-звезды, это могло бы объяснить темную материю, по крайней мере, по мнению одной исследовательской группы.
Возможно, появился новый сигнал темной материи
Темная материя, вероятно, не живет вечно, и многие теории предполагают, что она медленно распадается, испуская при этом гамма-лучи. Исследователи долго искали эти гамма-лучи, но в 2020 году они получили одну из своих лучших подсказок.
Он исходит со всего неба: «неразрешенный фон гамма-излучения». Это все слабые гамма-лучи, которые появляются в телескопах и обычно отфильтровываются как часть нормальной работы гамма-астрономии. Подобные фоны существуют и на других частотах, таких как радиоволны и рентгеновские лучи. Но в 2020 году исследователи сравнили гамма-фон с картой плотности массы по небу. Они обнаружили, что регионы с большим количеством звезд и галактик и, следовательно, с большим количеством темной материи, также имеют более интенсивный фон гамма-излучения. Означает ли это, что эти дополнительные, необъяснимые гамма-лучи определенно исходят от темной материи? Нет, но это важная подсказка.
Важный сигнал темной материи может и не существовать
Одна из теорий темной материи утверждает, что она состоит из «стерильных нейтрино», пока еще не обнаруженного аромата нейтрино с большой массой, который еще слабее взаимодействует с другим веществом. В 2020 году важный ключ, который, казалось, поддерживал эту теорию, натолкнулся на большую проблему.
На протяжении десятилетий исследователи полагали, что если стерильные нейтрино существуют, их распад вызовет слабое свечение в рентгеновском спектре с уровнем энергии 3,5 килоэлектронвольт (кэВ – это мера уровня энергии частиц, производящих свет). В 2014 году, сложив рентгеновское излучение 73 скоплений галактик, исследователи обнаружили слабый всплеск рентгеновского излучения с энергией 3,5 кэВ. Но в 2020 году исследователи начали искать так называемую «линию 3,5 кэВ» в Млечном Пути, где она должна быть самой яркой. И они ничего не нашли, что нанесло серьезный удар по теории. Однако другие исследователи высказали возражения по поводу используемых методов, поэтому на данный момент наличие линии 3,5 кэВ в Млечном Пути все еще может быть предметом обсуждения.
Первое обнаружение аксиона?
Еще одна теория темной материи предполагает, что она состоит из сверхлегких частиц, известных как аксионы. И исследователи построили резервуар с жидким ксеноном 3,5 тонны (3,2 метрической тонны) глубоко под землей, чтобы доказать это. Детектор XENON1T ищет проблески света в темном резервуаре, свидетельствующие о взаимодействии с невидимыми частицами. В 2020 году, собрав данные за годы, исследователи XENON1T объявили о первом обнаружении аксионов, исходящих от Солнца. Но эти аксионы, похоже, не принадлежат к тому типу аксионов, который, по мнению некоторых, составляет темную материю, и некоторые исследователи все еще скептически относятся к тому, что XENON1T действительно вообще открыл аксионы.
В нашем Telegram‑канале вы найдёте новости о непознанном, НЛО, мистике, научных открытиях, неизвестных исторических фактах. Подписывайтесь, чтобы ничего не пропустить.
