3 июня 2022

Физики исследуют аннигиляцию темной материи внутри шаровых скоплений

Википедия Звёздное скопленеи 47 Тукана Википедия

Группа астрономов изучила два близлежащих шаровых скопления, 47 Тукана и Омега Центавра, в поисках сигналов, производимых аннигилирующей темной материей. Хотя поиски оказались пустыми, они не были неудачными. Отсутствие обнаружения установило строгие верхние ограничения на массу гипотетической частицы темной материи.

Темная материя составляет около 80% всей массы во Вселенной, хотя она совершенно невидима. Она просто не взаимодействует с электромагнитными силами, поэтому не светится, не отражает, не поглощает и так далее. Пока единственным доказательством ее существования является гравитационное воздействие на остальную часть Вселенной. Из-за этого астрономы не совсем уверены в том, что представляет собой темная материя, хотя многие физики считают, что это какой-то новый вид частиц, ранее неизвестный стандартной модели физики частиц.

Одно из предположений включает в себя вероятность того, что темная материя состоит из какой-то сверхлегкой частицы, например, аксиона. И хотя эти частицы не взаимодействуют с обычной материей, они могут очень редко взаимодействовать сами с собой, сталкиваясь друг с другом и аннигилируя. Если энергия столкновения достаточно высока, то в результате может возникнуть гамма-излучение, которое затем расщепляется, превращаясь в электрон и позитрон.

Эти электроны и позитроны могут склеиваться вместе, образуя связанные состояния, называемые позитронием. Однако атомы позитрония не стабильны, и в конце концов они распадаются, оставляя после себя вспышку радиоизлучения.

Таким образом, даже если темная материя не взаимодействует с электромагнетизмом напрямую, все же существует возможность того, что мы увидим радиоизлучение от столкновения и распада частиц темной материи.

Чтобы это сработало, необходимо большое количество темной материи. Если бы частицы темной материи сталкивались достаточно легко, мы бы это уже увидели. Значит, столкновения должны быть редкими. Плотность темной материи в нашей галактической местности слишком мала для того, чтобы можно было обнаружить эмиссию, но плотные ядра галактик могут предложить лучший доступ.

Естественным местом для поиска является наше галактическое ядро, но оно завалено всевозможным радиоизлучением, поэтому трудно определить, исходит ли конкретный сигнал от аннигилирующей темной материи или от чего-то более обыденного. Именно поэтому группа астрономов обратила внимание на два близлежащих шаровых скопления.

Эти два скопления, 47 Тукана и Омега Центавра, находятся на расстоянии всего нескольких тысяч световых лет, что делает их относительно легкими для наблюдения. Астрономы считают, что они представляют собой остатки карликовых галактик, основная часть звезд которых была удалена от них в результате взаимодействия с Млечным Путем.

Это делает скопления идеальными лабораториями, поскольку они представляют собой шары плотной темной материи с очень небольшим загрязнением. Команда астрономов отправилась на поиски уникального радиосигнала распадающегося позитрония с помощью обсерватории Паркес в Австралии.

На основе своих наблюдений они смогли установить лучшие верхние пределы массы и сечения (мера того, как часто частицы взаимодействуют) этих моделей легкой темной материи. Конечно, было бы здорово увидеть подтвержденный сигнал и окончательно покончить с этой загадкой темной материи, но новые знания в любом направлении всегда приветствуются и всегда полезны.