11-2-12. Найдена древняя галактика, переполненная темной материей
11-2-13. Новые расчеты сняли проблему аномальной галактики Dragonfly 44
11-2-14. Разрешена загадка распределения темной материи в галактиках
11-2-15. Темная материя может заставлять Вселенную светиться ярче
Глава 11-2-1
Физики предлагают новый взгляд на проблему поисков темной материи
Август 2015
Ученые считают, что частицы темной материи при столкновениях способны аннигилировать, подобно частицам нормальной материи, формируя так называемое «темное излучение». Если это правда, то мы получаем возможность регистрировать такое излучение. Исследование было опубликовано в журнале Physical Review Letters.
Большая часть массы во Вселенной остается непознанной. Однако, несмотря на то, что мы знаем о темной материи очень немного, общее её содержание довольно точно измерено. Другими словами, физики знают, что темная материя существует, но зарегистрировать её пока не могут.
Однако это может быть связано с узостью нашего мышления и линейностью подходов к поискам таинственной субстанции, считает Ян Шумейкер, обладатель ученой степени доктора философии и бывший научный сотрудник Центра космологии и феноменологии физики частиц и факультета Физики, химии и фармации Университета Южной Дании, в настоящее время проживающий в США. В новом исследовании ученый и двое его американских коллег исследуют проблему обнаружения темной материи и предлагают новый подход к её поискам, основанный на обнаружении не самих частиц темной материи, а продуктов их взаимодействия – темного излучения. Исследователи показывают в своей статье, что регистрацию темного излучения способен производить существующий эксперимент Large Underground Xenon (LUX) и отмечают, что полученные при помощи этой установки в будущем научные данные помогут подтвердить или исключить их гипотезу происхождения темной материи.
Комментарий
Темное излучение. Справка
Темное излучение (также темный электромагнетизм) — это постулируемый тип излучения, который опосредует взаимодействия темной материи. По аналогии с тем, как фотоны опосредуют электромагнитные взаимодействия между частицами в Стандартной модели (называемой барионной материей в космологии), темное излучение предлагается опосредовать взаимодействия между частицами темной материи.
Подобно частицам темной материи, гипотетическое темное излучение не взаимодействует с частицами Стандартной модели. Не было никаких заметных доказательств существования такого излучения; барионная материя содержит несколько типов взаимодействующих частиц, но неизвестно, есть ли они в темной материи.
Данные о космическом микроволновом фоне могут указывать на то, что число эффективных степеней свободы нейтрино превышает 3,046, что немного больше стандартного случая для трех типов нейтрино. Эта дополнительная степень свободы может возникнуть из-за наличия нетривиального количества темного излучения во Вселенной. Одним из возможных кандидатов на темное излучение является стерильное нейтрино.
Astronews, 21 августа2015
https://www.astronews.ru/cgi-bin/mng.cgi?page=news&news=7675
Журнал PhysicalReviewLetters. 2015
Ян Шумейкер, бывший научный сотрудник Центра космологии и феноменологии физики частиц и факультета Физики, химии и фармации Университета Южной Дании
Глава 11-2-2
Астрономы обнаружили то, что может быть признаком аннигиляции темной материи
Март 2016
Некоторые астрономы считают, что темная материя может иметь ещё одно общее с нормальной материей свойство, кроме способности к гравитационному взаимодействию: она может существовать в двух формах – материи и антиматерии – которые аннигилируют и испускают излучение высокой энергии при взаимодействии. В новом исследовании астроном из Гарвард-Смитсоновского астрофизического центра Дуг Финкбейнер и команда его коллег сообщают об обнаружении признаков аннигиляции темной материи. Статья вышла в журнале Physics of the Dark Universe.
Если аннигиляция темной материи действительно имеет место в природе, это значительно сужает круг возможных источников происхождения этой таинственной субстанции.
Как указывают авторы, которые изучали в своей работе пространственное распределение гамма-излучения близ центра Млечного пути, характер этого излучения говорит о том, что оно вызывается именно аннигиляцией частиц темной материи, наполняющих центр нашей галактики, а не связано с крупными популяциями стремительно вращающихся нейтронных звезд, называемых пульсарами, которые также излучают в этой области электромагнитного спектра. Подтверждением этого, по словам авторов статьи, является то, что гамма-излучение, идущее от пульсаров, преимущественно расположенных в плоскости диска Млечного пути, должно быть в большей степени локализовано именно в этой плоскости, в то время как наблюдения такой картины не обнаруживают.
Astronews, 28 марта2016
http://www.astronews.ru/cgi-bin/mng.cgi?page=news&news=8360
ЖурналPhysics of the Dark Universe.
Дуг Финкбейнер
Гарвард-Смитсоновский астрофизический центр и др.
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.116.101302?ft=1
Глава 11-2-3
Аннигиляция темной материи Млечного пути может идти ускоренными темпами
Июнь 2017
Исследователи из Института фундаментальных исследований Тата, Индия, предложили теорию, согласно которой скорость аннигиляции темной материи в пределах Млечного пути может превосходить скорость ее аннигиляции в других, больших и меньших по размерам галактиках, а также в галактиках ранней Вселенной.
Анирбан Дас (Anirban Das) вместе со своим научным руководителем доктором Басудебом Дасгуптой (Basudeb Dasgupta) рассматривали эту гипотезу, поскольку пока нет свидетельств аннигиляции темной материи – за исключением некоторых сигналов, идущих из Млечного пути, которые были замечены при помощи детекторов PAMELA и AMS02, а также космической гамма-обсерватории «Ферми» (Fermi). Если дальнейшие наблюдения подтвердят, что эти сигналы действительно относятся к аннигилирующей темной материи, при этом аналогичные сигналы в других галактиках Вселенной так и не будут обнаружены, то версия Даса и Дасгупты может стать одной из немногих гипотез, объясняющих «уникальность» Млечного пути.
В новом исследовании показано, что «необычность» Млечного пути в отношении скорости аннигиляции темной материи может объясняться симметрией аннигилирующих частиц темной материи. Более того, в исследовании предсказывается, что темная материя состоит более чем из одного вида частиц, и взаимодействие между этими частицами осуществляется при помощи частиц небольшой массы. Гипотеза должна быть проверена дальнейшими наблюдениями.
astronews.ru, 26 июня 2017
Глава 11-2-4
Астрономы не нашли следов аннигиляции темной материи после 413 недель наблюдений
Март 2018
Американские ученые исследовали гамма-излучение 495 галактик из каталогов T15 и T17, которое телескоп Ферми регистрировал в течение восьми лет. Ученые снова не нашли следов аннигиляции частиц темной материи, но установили ограничение на сечение процесса и проверили результаты предыдущей работы, в которой рассматривались только карликовые сфероидальные галактики. Статья опубликована в Physical Review D.
Существование темной материи подтверждается множеством данных по гравитационному линзированию и измерению кривых вращения галактик, однако «живьем» ее никто никогда не видел. Ученые пытаются поймать ее с помощью огромных детекторов, следят за «невидимыми» распадами частиц, ищут на коллайдерах следы гипотетических темных фотонов — однако до сих пор следов темной материи зарегистрировано не было. Неудачи заставляют экспериментаторов разрабатывать альтернативные способы поиска темной материи.
В частности, некоторые теории предполагают, что частицы темной материи должны аннигилировать и рождать обычные фотоны, которые можно поймать с помощью детекторов. Сами по себе такие процессы могут происходить очень редко, но в галактических гало частиц темной материи должно быть много, и аннигиляция станет заметной. В результате галактики будут излучать в гамма-диапазоне, и этот сигнал можно отделить от излучения, возникающего в других астрофизических процессах, и зарегистрировать.
Группа ученых под руководством Бенджамина Сафди (Benjamin Safdi) использовала этот гипотетический процесс для поиска темной материи. Исследователи сравнили рассчитанный поток с экспериментальными данными, собранными телескопом Ферми (Fermi Gamma-ray Space Telescope) за период с августа 2008 по июль 2016 года. В течение всего этого периода телескоп регистрировал гамма-излучение в диапазоне энергий от 502 мегаэлектронвольт до 251 гигаэлектронвольта.
В результате исследователи получили ограничение на сечение аннигиляции гипотетических частиц с массами от десяти до десяти тысяч гигаэлектронвольт. Поскольку остаточный поток гамма-излучения оказался небольшим, ограничение получилось очень сильным.
Ранее ученые уже исследовали с помощью телескопа Ферми аннигиляцию темной материи, образующей гало, которые окружают карликовые сфероидальные галактики. Такие галактики содержат большое количество темной материи (много больше, чем масса входящих в их состав звезд), а потому рассчитанные с их помощью ограничения на сечение аннигиляции частиц темной материи немного точнее, чем результаты новой работы. С другой стороны, данные измерений карликовых галактик подвержены большим систематическим ошибкам, а новая работа проверяет этот результат независимым способом.