Интересные факты

Темная материя — «инопланетяне» для астрофизиков?

При всем нашем понимании законов физики и успехах Стандартной модели и общей теории относительности, во Вселенной кушать ряд наблюдаемых явлений, которые не получается разъяснить. Вселенная полна загадок, начиная от звездообразования и заканчивая высокоэнергетическими космическими лучами. Хотя мы исподволь открываем для себя космос, мы до сих пор не знаем итого. Например, мы знаем, что темная материя существует, однако не знаем, каковы ее свойства. Значит ли это, что мы должны сваливать проявлениям темной материи все неизвестные эффекты?

Загадок на тему темной материи столько же, сколько и доказательств ее существования. Однако винить темную материю во всех загадочных проявлениях космоса не лишь близоруко, но и неправильно. Этак бывает, когда у ученых иссякают хорошие идеи.

Две яркие большие галактики в центре скопления Кома, каждая больше миллиона световых лет в размерах. Галактики на окраинах указывают на существование большого ореола темной материи по всему скоплению.

Темная материя имеется во Вселенной повсюду. Впервой к ней обратились в 1930-х годах, чтоб объяснить быстрое движение отдельных галактик в галактических скоплениях. Произошло это потому, что всей обычной материи — вещества, состоящего из протонов, нейтронов и электронов, — недостаточно, чтоб объяснить общее количество гравитации. Сюда входят звезды, планеты, газ, пыль, межзвездная и межгалактическая плазма, черные дыры и все остальное, что мы можем измерить. Линии доказательств, поддерживающих темную материю, многочисленны и убедительны, будто отмечает физик Итан Зигель.

Темная материя необходима для объяснения:

  • вращательных свойств отдельных галактик,
  • формирования галактик разных размеров, от гигантских эллиптических до галактик размером с Млечный Линия и крошечных карликовых галактик рядышком с нами,
  • взаимодействия между парами галактик,
  • свойств скоплений галактик и галактических скоплений на больших масштабах,
  • космической сети, включая ее нитевидную структуру,
  • спектр флуктуаций космического микроволнового фона,
  • наблюдаемые эффекты гравитационного линзирования далеких масс,
  • наблюдаемое разделение между эффектами гравитации и присутствием обычной материи в столкновениях галактических скоплений.

И в небольших масштабах отдельных галактик, и в масштабах всей Вселенной темная материя необходима.

Если пристроить все это в контекст прочий космологии, мы считаем, что каждая галактика, включая нашу собственную, содержит массивное диффузное гало темной материи, окружающее ее. В отличие от звезд, газа и пыли в нашей галактике, которые находятся по большей части в диске, гало темной материи надлежит быть сферическим, поскольку в отличие от обычной (на основе атомов) материи, темная материя не «сплющивается», когда вы сжимаете ее. Также темная материя должна быть плотнее у галактического центра и распростираться в десять раз дальше, чем звезды самой галактики. Наконец, должны быть небольшие комки темной материи в каждом гало.

Чтоб воспроизвести полный набор наблюдений, перечисленных выше, а также другие, темная материя не должна обладать никаким свойствами, кроме следующих: она должна владеть массу; она должна взаимодействовать гравитационно; она должна медлительно двигаться относительности скорости света; она не должна сильно взаимодействовать посредством других сил. Всё. Любые другие взаимодействия сильно ограничиваются, однако не исключаются.

Почему же всякий один, когда производится астрофизическое наблюдение с избытком обычной частицы определенного типа — фотонов, позитронов, антипротонов — люд первым делом говорят о темной материи?

В начале этой недели команда ученых, изучающая источники гамма-излучения вкруг пульсаров, опубликовала свои результаты в Science. В своей работе они попытались лучше постигнуть, откуда взялся наблюдаемый нами излишек позитронов. Позитроны, антиподы электронов, обыкновенно рождаются несколькими способами: при разгоне обычных частиц до довольно высоких энергий, при столкновении с другими частицами вещества и с производством электрон-позитронных пар по формуле Эйнштейна E = mc2. Мы создаем такие пары в ходе физических экспериментов и можем следить создание позитрона астрофизически, будто напрямую, при поисках космических лучей, этак и косвенно, при поиске энергетической сигнатуры электрон-позитронной аннигиляции.

Похожие новости  Балансирующие камни, или Cказки Великого Зимбабве

Эти астрофизические позитронные сигнатуры встречаются вблизи галактического центра, ориентированные на точечные источники, такие будто микроквазары и пульсары, расположенные в загадочном регионе нашей галактике, известном будто Великий Аннигилятор, и в части диффузного фона, генезис которого неизвестно. Одно известно наверняка: мы видим больше позитронов, чем ожидаем увидать. И об этом известно давным-давно. PAMELA это измерила, «Ферми» это измерил, AMS на борту МКС это измерил. Совершенно недавно обсерватория HAWC измерила чрезвычайно высокоэнергетические, ТэВ-уровня гамма-лучи и показала, что это сильно разогнанные частицы, поступающие от пульсаров среднего уровня. Однако, к сожалению, этого недостаточно, чтоб объяснить наблюдаемый излишек позитронов.

По какой-то причине с каждым измерением излишка позитронов, с каждым наблюдением астрофизического источника, какой его не объясняет, нарратив перетекает в «мы не можем его разъяснить, поэтому виновата темная материя». И это нехорошо, потому что есть немало возможных астрофизических источников, не требующих ничего экзотического, так:

  • вторичное производство позитронов и гамма-лучей другими частицами,
  • микроквазары или что-то еще, кормящее черные дыры,
  • весьма юные или очень старые пульсары, магнетары,
  • останки сверхновых.

Этот список не решительный, но представляющий несколько примеров того, что могло бы основывать этот излишек.

Многие работающие в этой области делают выбор в пользу темной материи, потому что будет прорывом, если темная материя уничтожает и производит гамма-лучи и частицы обычной материи. Это был бы сценарий мечты для астрофизиков-охотников за темной материей. Однако принятие желаемого за действительное вовек не приводило к крупным открытиям. И хотя темная материя чаще итого представляется объяснением излишка позитронов, это не более вероятно, чем инопланетяне, объясняющие звезду Табби.

Обратившись за объяснениями к Бренде Дингус, главному исследователю HAWC, Итан Зигель получил следующий комментарий:

«Несомненно, кушать и другие источники позитронов. Однако позитроны не уходят вдали от своих источников, и поблизости не этак-то много источников. Два лучших кандидата были обнаружены HAWC, и сейчас мы знаем количество позитронов, которые они производят. Мы также знаем, будто эти позитроны диффундируют от своих источников; медленнее, чем ожидалось. Хотя мы подтвердили источники позитронов поблизости, мы открыли, что позитроны весьма медленно уходят от места своего происхождения, а значит не создают излишек позитронов на Земле. Исключая одну возможность, мы делаем другие возможности более вероятными. Впрочем, это не значит, что позитроны ДОЛЖНЫ исходить из темной материи. Мы не подразумеваем это».

Весьма замечательно, что позитроны в данных HAWC объясняют лишь 1% позитронов, наблюдаемых в других экспериментах, указывая на что-то еще в качестве виновника торжества. Когда производится наблюдение, расходящееся с нашими традиционными идеями, будто с излишком астрофизических позитронов, не стоит исключать, что в деле может быть замешана темная материя. Однако намного более вероятно, что другие астрофизические процессы объясняют эти эффекты. Когда в науке появляется загадка, все хотят революции, однако чаще всего получают нечто заурядное.

Hi-News.ru — Новости высоких технологий.

Добавить комментарий