Образование этих потоков среди обыкновенного вещества физик сравнивает со смешиванием шоколада и ванильного мороженого — если взять по ложке одного и другого и несколько раз помешать их по кругу, то образуется смесь, в которой, тем не менее, можно различить по отдельности шоколад и мороженое.
Темная материя, по современным представлениям составляет 27 процентов всей материи и энергии Вселенной. Остальные 73 процента делят между собой обычная материя (пять процентов) и темная энергия (все остальное). Ни темная материя, ни темная энергия не были до сих пор обнаружены напрямую, однако их существованием объясняется ряд гравитационных эффектов в галактиках и такой феномен, как ускоряющееся расширение Вселенной.
nplus1, 24 ноября 2015, Владимир Королёв
https://nplus1.ru/news/2015/11/24/dark-1M-km-long-hairs
Astrophysical Journal, 2015
Гэри Презо, физик из Лаборатории реактивного движения NASA
http://www.jpl.nasa.gov/news/news.php?release=2015-354&rn=news.xml&rst=4774
Глава 11-4-4
В окрестностях Млечного Пути обнаружили следы темной материи
Сентябрь 2016
Ученые обнаружили в звездном потоке, вращающемся вокруг центра нашей Галактики, два больших разрыва, которые могли появиться в результате прохождения сквозь него сгустков темной материи. Работа исследователей была принята к публикации в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, с текстом статьи можно ознакомиться на сервере препринтов ArXiv.
Темную материю невозможно обнаружить с помощью прямого наблюдения. Поэтому исследователи вынуждены использовать альтернативные методы. В частности, измеряются скорости, с которыми галактики в галактических скоплениях движутся вокруг общего центра; анализируют, как искажаются изображения астрономических объектов из-за эффекта гравитационного линзирования; наблюдают за рентгеновским излучением горячего газа в скоплениях.
В новой работе ученые использовали собственный метод поиска темной материи. С помощью фотометрии высокого разрешения они изучали распределение звезд в звездном потоке Palomar 5. Когда-то он представлял собой шаровое скопление, однако впоследствии это скопление было «разорвано» гравитацией Млечного Пути и вытянуто вдоль орбиты под действием приливных сил. Звездный поток считается довольно простой и хрупкой структурой и его целостность вполне может быть нарушена достаточно массивным объектом.
В Palomar 5 наблюдаются два «разрыва» разной величины. Компьютерное моделирование показало, что они могли появиться в результате прохождения рядом со звездным потоком пары сгустков теплой темной материи, также известных как субгало. По оценкам ученых, их масса составляет 106–107 и 107–108 масс Солнца, что на самом деле считается достаточно маленьким значением для такого типа объектов. Если последующее измерение лучевых скоростей и собственного движения звезд в потоке подтвердит гипотезу ученых, то обнаруженные субгало окажутся самыми маленькими из известных.
Авторы работы заявляют, что если субгало имеют меньший размер, чем самая маленькая карликовая галактика, то его частицы будут достаточно массивными.
В то же время ученые не исключают, что «разрывы» в звездных потоках могли быть вызваны гравитационных влиянием бара (перемычки), проходящего через центр Галактики, или гигантского молекулярного облака — обширной области молекулярного газа с массой 104–106 солнечных масс..
nplus1, 9 сентября 2016, Кристина Уласович
https://nplus1.ru/news/2016/09/09/dark-matter
Monthly Notices of the Royal Astronomical Society
Сайт препринтов ArXiv
http://arxiv.org/abs/1609.01282
Глава 11-4-5
Гамма-излучение балджа Галактики не связано с темной материей
Март 2018
Команда исследователей из США, Новой Зеландии, Австралии и Германии обнаружила факты, указывающие на то, что наличие обширных источников гамма-излучения близ центра Млечного пути связано с наличием остатков массивных звезд, а не с наличием темной материи. Исследование опубликовано в журнале Nature Astronomy; главный автор Оскар Масиас (Oscar Macias).
За несколько последних лет астрофизики пришли к своего рода консенсусу относительно обширных полей гамма-излучения, наблюдаемых близ центра Млечного пути – считается, что, вероятно, это излучение связано с частицами темной материи (ВИМПами), сталкивающимися друг с другом и с частицами нормальной материи. Однако в этом новом исследовании ученые сообщают об обнаружении другого возможного источника, который бросает тень сомнения на темную материю как возможную причину возникновения этого излучения.
Исследователи изучили данные, собранные при помощи космической гамма-обсерватории Fermi («Ферми»), которая находится на орбите в течение всего последнего десятилетия. При анализе этих данных ученые обратили внимание на то, что распределение гамма-излучения повторяет распределение звезд в окрестностях центра Галактики – излучение оказалось распределено в форме буквы X, а не в форме сферы, как ожидалось, исходя из гипотезы, включающей темную материю. Моделируя возможные причины такого распределения излучения, команда пришла к выводу, что наблюдения лучше всего объясняются популяцией миллисекундных пульсаров (стремительно вращающихся нейтронных звезд) – их объединенное излучение могло сформировать тот самый сигнал, который изначально был приписан темной материи.
astronews. 14 марта 2018
https://www.astronews.ru/cgi-bin/mng.cgi?page=news&news=10750
Журнал Nature Astronomy. 2018
Оскар Масиас Oscar Macias)
Глава 11-4-6
Физики предсказали «ураган» темной материи после столкновения Млечного Пути с другой галактикой
Ноябрь 2018
Физики из Испании и Великобритании показали, что поток звезд в окрестностях Солнечной системы, который возник в результате столкновения Млечного пути и карликовой галактики, должен сопровождаться «ураганом» темной материи, а затем оценили, можно ли почувствовать его с помощью детекторов темной материи. Оказалось, что сильнее всего «ураган» скажется на экспериментальных данных в том случае, если темная материя состоит из легких аксионов. Статья опубликована в Physical Review D, кратко о ней сообщает Physics, препринт работы выложен на сайте arXiv.org.
В апреле прошлого года группа астрономов под руководством Сергея Копосова обнаружила, что звезды в окрестностях Солнечной системы движутся в сторону, противоположную направлению вращения нашей галактики. В то время как ожидаемая радиальная скорость «покоящейся» звезды в окрестностях Солнца составляет примерно 230 километров в секунду, средняя скорость звезд из открытого потока не превышает 115 километров в секунду. Кроме того, звезды из потока движутся под небольшим углом к плоскости галактики.
Ученые проанализировали химический состав звезд, рассчитали их возраст и пришли к выводу, что этот поток — остатки карликовой галактики (массой порядка 10 миллиардов масс Солнца), которая врезалась в Млечный Путь около девяти миллиардов лет назад. Астрофизики не сомневаются, что основная масса галактики — темная материя. Следовательно, в результате столкновения с карликовой галактикой должен был возникнуть не только поток звезд, но и поток темной материи (авторы статьи называют его «ураганом»).
Группа ученых под руководством Василия Белокурова подробно исследовала эту гипотезу, рассмотрев различные теории темной материи и способы ее непосредственного детектирования. Для описания темной материи исследователи использовали Стандартную модель гало (standard halo model, SHM).
После общего теоретического анализа исследователи проверили конкретные сценарии, в которых можно заметить отклонения от распределения темной материи.
Были рассмотрены три вида детекторов темной материи.
1. Многотонные ксеноновые детекторы — основной тип, который используются в данный момент. В частности, к этому типу относятся детекторы XENON1T и PandaX-II. Такие детекторы могут отслеживать вимпы — слабо взаимодействующие частицы с массами более пяти масс протона. К сожалению, ксеноновые детекторы теряют информацию о направлении движения вимпа, а потому их сложно использовать для выделения потока темной материи от поглощенной галактики.
2. Направленные детекторы темной материи. Такие детекторы регистрируют не только энергию столкновения вимпа и ядра, но и направления, в котором они разлетаются. Построить такой детектор очень сложно, и в настоящее время таких установок нет. Тем не менее, физики уже разработали несколько прототипов — например, детектор CYGNUS, который содержит от тысячи до 100 тысяч кубических метров газообразной смеси гелия и гексафторида серы. Предполагается, что по трекам частиц в этом детекторе можно будет оценить скорость и направление частиц темной материи.
3. Наконец, физики рассмотрели модель аксионной темной материи, в которой частицы темной материи имеют очень маленькую массу (не больше одного миллиэлектронвольта). Для регистрации таких частиц ученые разработали галоскопы — «радио для темной материи». Расчеты учены