Физики ищут следы, оставленные ореолами темной материи, когда они проникают в галактический газ
Поиск темная материя – неизвестное и невидимое вещество, которое, как считается, составляет подавляющее большинство материи во Вселенной, – находится на перепутье. Хотя было предложено почти 70 лет назад и его интенсивно искали – с помощью коллайдеров крупных частиц, детекторов глубоко под землей и даже инструментов в космосе – его по-прежнему нигде не найти.
Но астрономы обещали чтобы не оставить камня на камне и начали закидывать свою сеть шире в галактику. Идея состоит в том, чтобы извлечь информацию из астрофизических объектов, которые могли быть свидетелями ее фрагментов, когда они проходили мимо. Мы только что предложили новый способ сделать это отслеживая галактический газ – и это может помочь нам сказать, из чего он на самом деле сделан.
Физики считают, что темная материя имеет склонность структурироваться в иерархию ореолов и субгало под действием силы тяжести. Массы этих сгустков попадают в спектр, и ожидается, что сгустков с меньшей массой будет больше. Есть ли предел тому, насколько они легкие? Это зависит от природы частиц темной материи.
Тепло против холода
Темную материю нельзя увидеть напрямую. Мы знаем, что он существует, потому что можем видеть гравитационное воздействие, которое оно оказывает на окружающую материю. Есть разные теории о том, что на самом деле может быть темной материей. Стандартная модель предполагает, что он холодный, что означает, что он движется очень медленно и взаимодействует с другим веществом только посредством силы тяжести. Это будет соответствовать тому, что он состоит из частиц известные как аксионы или WIMPS. Другая теория, однако, предполагает, что он теплый, что означает, что он движется с более высокой скоростью. Одним из таких кандидатов на частицы является стерильное нейтрино.
Если темная материя холодная, в галактике типа Млечный Путь может быть один или два субгало весом до 1010 Солнц и, скорее всего, сотни с массой около 108 Солнц. Если темная материя теплая, ореолы светлее, чем около 108 Солнц, не могут легко образоваться. Таким образом, подсчет световых масс темных ореолов может кое-что рассказать нам о природе темной материи.
Отпечатки Halo
Мы полагаем, что существование гало с меньшей массой может быть обнаружено с помощью тщательно спланированных наблюдений. Астрономы уже довольно хорошо разбираются в этой игре в прятки с ореолами темной материи и разработали наблюдения, чтобы определить ущерб, который они оставляют после себя.
На сегодняшний день наблюдения в основном направлены на изменение распределения звезд в Млечном Пути. Например, Большое Магелланово Облако, меньшая галактика, вращающаяся вокруг нашей, кажется, имеет гало темной материи, достаточно массивное, чтобы вызвать огромный пробуждение – заставлять звёзды из огромных регионов двигаться в унисон.
Некоторые из более мелких ореолов темной материи, которые, как считается, свистят внутри Млечного Пути, могут иногда пробивать большие звездные объекты, такие как шаровые скопления (сферическое скопление звезд), оставляя контрольные пробелы в них. Ореолы темной материи также могут влиять на то, как свет огибает астрофизические объекты в процессе, называемом гравитационное линзирование.
Но сигналы, оставленные в звездных распределениях, слабые и их можно спутать с собственными движениями звезд. Другой способ исследовать эффект ореолов – это посмотреть на галактический газ, на который они влияют. Галактики имеют много горячего газа (с температурой около 106 градусов Кельвина), которая простирается до их края, обеспечивая широкую сеть для ловли этих ореолов темной материи.
Используя комбинацию аналитических расчетов и компьютерного моделирования, мы показали, что темные гало тяжелее 108 масс Солнца могут сжимать горячий газ, через который они движутся. Это создаст локальные всплески плотности газа, которые могут уловить рентгеновские телескопы. Предполагается, что они будут незначительными, порядка нескольких процентов, но они будут в пределах досягаемости ближайшего Рысь а также Афина телескопы.
Наши модели также предсказывают, что всплески плотности более холодный галактический газ (с температурой около 105 К) будет еще более значительным. Это означает, что более холодный газ может регистрировать прохождение гало темной материи даже более чувствительно, чем горячий газ.
Еще один многообещающий способ наблюдения флуктуаций в газе, вызванных темной материей, – с помощью фотонов (легких частиц) космического микроволнового фона – света, оставшегося после Большого взрыва. Этот свет разбегается электроны с высокой энергией в горячем газе, которые мы можем обнаружить, обеспечивая дополнительный подход к другим исследованиям.
В ближайшие несколько лет этот новый метод можно будет использовать для тестирования моделей темной материи. Независимо от того, присутствуют ли гало темной материи с массой менее 108 солнечных масс в предсказанных числах или нет, мы узнаем кое-что полезное. Если числа совпадают, стандартная космологическая модель прошла бы важное испытание. Если они отсутствуют или их намного меньше, чем ожидалось, стандартная модель будет исключена, и нам придется найти более жизнеспособную альтернативу.
Темная материя остается загадкой, но предстоит огромная работа над ее решением. Будет ли ответ исходить от инструментов на Земле или астрофизических зондов, это, без сомнения, будет одним из самых важных открытий века.
Эта статья переиздана Разговор по лицензии Creative Commons. Прочтите оригинальная статья.
Следите за всеми проблемами и обсуждениями Expert Voices – и станьте частью обсуждения – на Facebook а также Twitter. Выраженные взгляды принадлежат автору и не обязательно отражают точку зрения издателя. Эта версия статьи изначально была опубликована на Живая наука.
Источник
В нашем Telegram‑канале вы найдёте новости о непознанном, НЛО, мистике, научных открытиях, неизвестных исторических фактах. Подписывайтесь, чтобы ничего не пропустить.
