Экстремальные условия, присущие нейтронным звёздам, делают их идеальными лабораториями для изучения физики в условиях, не встречающихся больше нигде во Вселенной. Также ученые предполагают, что некоторые мертвые звезды, состоящие из самого плотного материала в известной нам Вселенной, так называемые «нейтронные звезды», могут служить ловушками для частиц темной материи, которые сталкиваются на высокой скорости и аннигилируют друг с другом. Новые исследования показывают, что коричневые карлики, также известные как «неудавшиеся звёзды», могут служить гравитационными ловушками для тёмной материи, заставляя это экзотическое вещество взаимодействовать друг с другом.
Ученые планируют использовать «часы» мертвых звезд, чтобы пролить свет на самую загадочную сущность Вселенной: темную энергию.
Эти хранители времени на самом деле являются пульсарами, или быстро вращающимися нейтронными звёздами, рождающимися при смерти звёзд, масса которых как минимум в восемь раз превышает массу Солнца. Экстремальные условия, присущие нейтронным звёздам, делают их идеальными лабораториями для изучения физики в условиях, не встречающихся больше нигде во Вселенной.
Так называемые «миллисекундные пульсары» могут вращаться со скоростью сотни оборотов в секунду и испускать из своих полюсов лучи электромагнитного излучения, подобно космическим маякам, которые пронизывают пространство. Они получили своё название потому, что когда их впервые заметили, эти нейтронные звёзды, казалось, пульсировали, увеличивая яркость, когда их лучи были направлены прямо на Землю. Результаты работы группы были представлены на Национальном астрономическом собрании (NAM) 2024 в Университете Халла 15 июля.
Диаграмма, показывающая гравитационное линзирование, вызванное темной материей. Роберт Ли
Сверхточная синхронизация изменений яркости миллисекундных пульсаров позволяет использовать их в качестве космических часов в «пульсарных хронометрических антеннах». Эти антенные антенны настолько точны, что способны измерять гравитационные возмущения в структуре пространства и времени, объединённых в четырёхмерную сущность, называемую «пространством-временем», что может стать идеальным способом поиска тёмной материи.
«Наука разработала очень точные методы измерения времени», — заявил исследователь пульсарных хронометров Джон Лосекко из Университета Нотр-Дам. «На Земле у нас есть атомные часы, а в космосе — пульсары».
Тёмная материя настолько загадочна, потому что она не взаимодействует ни со светом, ни с обычной материей, а если и взаимодействует, то очень слабо, и мы не можем её обнаружить. «Обычная материя» состоит из атомов, состоящих из электронов, протонов и нейтронов, которые взаимодействуют со светом и материей, поэтому учёные знают, что тёмная материя должна состоять из других частиц.
Несмотря на отсутствие взаимодействия со светом, тёмная материя оказывает гравитационное воздействие, и о её наличии можно судить по тому, как это воздействие воздействует на свет и, по сути, на обычную материю. Именно эффект этого гравитационного воздействия на свет Лосекко и его коллеги стремились исследовать с помощью пульсаров.
Художественная интерпретация массива пульсаров, подверженных воздействию гравитационной ряби, создаваемой двойной сверхмассивной черной дырой в далекой галактике. Аврора Симоннет/НАНОГрав
Согласно общей теории относительности Альберта Эйнштейна, объекты, обладающие массой, искривляют саму ткань пространства-времени, и гравитация возникает из-за этой кривизны. Когда свет проходит через эту кривизну, его траектория также изменяется. Это может изменить время распространения света, в результате чего свет от одного и того же удалённого тела достигает Земли в разное время, теоретически «замедляя его» (скорость света фактически не меняется, меняется лишь пройденное им расстояние).
Тёмная материя обладает массой, и, следовательно, скопления этой загадочной формы материи также могут искривлять пространство-время. Таким образом, путь света от удалённых объектов искривляется, и время его прибытия задерживается при прохождении скоплений тёмной материи. Этот эффект называется «гравитационным линзированием», при этом промежуточное тело, изменяющее путь света, называется «гравитационной линзой».
Лосекко и его коллеги изучили данные, собранные с 65 пульсаров, входящих в систему Parkes Pulsar Timing Array. Они зафиксировали около 12 случаев, указывающих на изменения и задержки в хронометрировании пульсаров, которые обычно имеют наносекундную точность.
Это указывает на то, что радиоволновые лучи от этих космических маяков, похожих на мёртвые звёзды, движутся по искривлённому пространству, вызванному невидимой концентрацией массы где-то между пульсаром и телескопом. Учёные предполагают, что эти невидимые массы могут быть «сгустками» тёмной материи.
«Мы пользуемся тем, что Земля движется, Солнце движется, пульсар движется, и даже тёмная материя движется», — сказал Лосекко. «Мы наблюдаем отклонения во времени прибытия, вызванные изменением расстояния между наблюдаемой массой и лучом зрения на наш «часовой» пульсар».
На иллюстрации изображена быстро вращающаяся нейтронная звезда, окружённая синим магнитным полем, испускающим струи радиоволн. NASA Goddard/Walt Feimer
Отклонения, наблюдаемые группой, совершенно незначительны. Для иллюстрации, тело с массой Солнца вызвало бы задержку радиоволн пульсара примерно на 10 микросекунд. Предполагаемые отклонения задержки, связанные с тёмной материей, наблюдаемые группой, в 10 000 раз меньше.
«Одно из открытий указывает на искажение массы Солнца примерно на 20%, — сказал профессор Лосекко. — Этот объект может быть кандидатом на тёмную материю».
Одним из побочных эффектов исследований группы стало повышение точности данных Parkes Pulsar Timing Array, которые собираются для поиска свидетельств низкочастотного гравитационного излучения.
Смотрите также... Перед новым, 2026 годом, марсоход Curiosity почти завершил исследование горы Шарп Процесс адаптации космонавтов к земной гравитации после длительного пребывания в космосе |
Скопления тёмной материи могут добавлять помехи, или «шум», к этим данным; выявление и устранение этого шума поможет учёным эффективнее использовать этот набор данных для поиска низкочастотных возмущений в пространстве-времени, называемых гравитационными волнами. Это может позволить обнаружить гравитационное излучение от более далёких и, следовательно, более ранних слияний чёрных дыр, а возможно, даже фоновые первичные гравитационные волны, оставшиеся после Большого взрыва.
«Истинная природа тёмной материи остаётся загадкой», — сказал Лосекко. «Это исследование проливает новый свет на природу тёмной материи и её распределение в Млечном Пути, а также может повысить точность данных о пульсарах».
Ученые предполагают, что некоторые мертвые звезды, состоящие из самого плотного материала в известной нам Вселенной, так называемые «нейтронные звезды», могут служить ловушками для частиц темной материи, которые сталкиваются на высокой скорости и аннигилируют друг с другом. В свою очередь, по словам команды, процесс аннигиляции, вероятно, разогревает мертвые звезды изнутри.
В целом, тёмная материя представляет собой сложную тему для исследователей, поскольку, несмотря на то, что она составляет примерно 85% вещества во Вселенной, она фактически невидима, поскольку не взаимодействует со светом. Тёмная материя также, по-видимому, не взаимодействует с «обычной материей», состоящей из протонов, нейтронов и электронов, или, если и взаимодействует, то эти взаимодействия редки и слабы. Мы никогда их не наблюдали. Это поднимает интересный вопрос: взаимодействует ли тёмная материя сама с собой? Исследование Белла и коллег от 2024 года доступно на сайте-репозитории arXiv.
Николь Белл, физик-теоретик из Мельбурнского университета, интересуется самовзаимодействием тёмной материи, которое происходит в обычной материи, когда электрон и его античастица, позитрон, встречаются и аннигилируют, высвобождая энергию. Тёмная материя электрически нейтральна, а это означает, что любые частицы, составляющие это вещество, теоретически могут иметь и свои античастицы.
Космический телескоп НАСА имени Джеймса Уэбба, представленный на иллюстрации художника, может обнаружить тепловое излучение нейтронных звезд, указывающее на аннигиляцию темной материи. NASA GSFC/CIL/Адриана Манрике Гутьеррес
И, как и в случае обычной аннигиляции материи, при встрече частиц темной материи должна происходить аннигиляция темной материи, а нейтронные звезды могли бы стать идеальной экстремальной средой для таких взаимодействий.
Аннигиляция — это когда частица и античастица сталкиваются и уничтожают друг друга. Именно это и произошло бы, если бы тёмная материя была сама себе античастицей, как это часто предполагается в наиболее широко изученных моделях тёмной материи. Захват и аннигиляция тёмной материи в нейтронных звёздах стали бы источником тепла, который не дал бы звезде сильно остыть.
Это означает, что если нейтронные звёзды могут действовать как «ловушки тёмной материи», то они могут испускать тепловой след. Если это удастся обнаружить, нейтронные звёзды могут действовать как элементарные «детекторы тёмной материи», что поможет учёным отслеживать эту практически невидимую форму материи.
Нейтронная звезда рождается, когда звезда, масса которой как минимум в восемь раз больше массы Солнца, исчерпывает запас топлива, необходимый для ядерного синтеза в её ядре. Это прекращает действие силы, выталкивающей её наружу, создаваемой давлением излучения, которая поддерживала звезду, преодолевая внутреннюю силу собственной гравитации в течение миллионов, а иногда и миллиардов лет.
Поперечное сечение нейтронной звезды, заполненной экзотической кварковой материей. Но могут ли эти мертвые звезды скрывать что-то еще более экзотическое? Юрки Хокканен/CSC
В результате ядро звезды коллапсирует, вызывая взрыв сверхновой. Эта ударная волна сносит внешние слои умирающей звезды, а также большую часть её массы, оставляя после себя ядро звезды с массой от одного до двух масс Солнца, которое коллапсирует до ширины около 20 километров.
Сжатие тела, масса которого эквивалентна более чем полумиллиону масс Земли, в тело, которое могло бы поместиться в черте Чикаго, естественным образом оказывает колоссальное воздействие на вещество ядра этой звезды. Электроны и протоны сталкивают друг с другом, создавая целое море нейтронов – частиц, которые обычно присутствуют только в сердцевине атомов. Это море нейтронов, из которого состоит нейтронная звезда, настолько плотное, что если бы его столовую ложку доставили на Землю, оно весило бы более миллиарда тонн. Это примерно столько же, сколько весит гора Эверест.
Таким образом, нейтронные звезды состоят из самой плотной материи в известной нам Вселенной, и именно поэтому ученые полагают, что их гравитационное воздействие может быть достаточно сильным, чтобы удержать темную материю, которая, несмотря на отсутствие взаимодействия со светом и материей, взаимодействует с гравитацией.
Белл объясняет, что считается, что аннигиляция тёмной материи происходила часто, когда Вселенной 13,8 миллиарда лет было меньше секунды, но считается, что в современной Вселенной это происходит редко. Единственным исключением являются области с большим количеством тёмной материи.
И если темная материя действительно может накапливаться в недрах нейтронных звезд, Белл и его коллеги обнаружили, что это может обеспечить именно ту самую богатую темной материей среду, которая позволит ей аннигилировать в старой Вселенной.
«В конечном итоге на небольшой площади может оказаться достаточно много темной материи, чтобы в этих звездах могла происходить значительная аннигиляция темной материи», — сказал Белл.
Иллюстрация нейтронной звезды в сравнении с островом Манхэттен. Центр космических полетов имени Годдарда НАСА
Белл добавил, что в ходе экспериментов с темной материей в лабораториях на Земле ученые ищут сигналы частиц темной материи, взаимодействующих с обычной материей, но нейтронные звезды имеют в этом отношении естественное преимущество.
В лаборатории мы ищем столкновения частиц тёмной материи с атомными ядрами. Но если это возможно, то тёмная материя также должна быть способна сталкиваться с нейтронами и протонами в нейтронных звёздах. А в нейтронных звёздах много нейтронов.
В ходе исследования нейтронных звезд и темной материи огромная гравитация нейтронных звезд может создать еще одно условие, которое делает самовзаимодействие частиц темной материи внутри этих мертвых звезд еще более вероятным.
Тёмная материя разгоняется до скоростей, близких к скорости света, при падении на нейтронную звезду. Это полезно, поскольку может увеличить скорость взаимодействий, потенциально позволяя нам исследовать некоторые типы взаимодействий тёмной материи, которые практически невозможно наблюдать в экспериментах на Земле.
Аннигиляция тёмной материи высвобождает тепловую энергию в эти ловушки мёртвых звёзд, поэтому команда также изучила, сколько времени потребуется нейтронным звёздам и захваченной ими тёмной материи, чтобы достичь состояния, называемого «тепловым равновесием». Это точка, в которой два вещества достигают одинаковой температуры, и тепло перестаёт передаваться между ними.
Это исследование показало, что нейтронная звезда, насыщенная тёмной материей, может достичь теплового равновесия за период не более 10 000 лет, а в зависимости от используемой модели — всего за один год. По космическим меркам это всего лишь мгновение ока.
Для подтверждения этой теории исследователям необходимо измерить температуру нейтронных звёзд. Обнаружение более высокой температуры этих экстремально мёртвых звёзд, чем ожидалось, подтвердило бы, что частицы тёмной материи действительно аннигилируют в их недрах. Однако такое открытие было бы нелёгким, поскольку только более старые и холодные нейтронные звёзды испускают тепловое излучение, не подавляемое другим излучением. Для этого потребуется самый мощный наблюдательный инструмент, когда-либо запущенный человечеством в космос: космический телескоп имени Джеймса Уэбба.
(Слева) Иллюстрация нейтронной звезды (справа) – представление художника о распределении тёмной материи. Центр космических полётов имени Годдарда НАСА/ФОЛЬКЕР ШПРИНГЕЛЬ, ИНСТИТУТ АСТРОФИЗИКИ МАКСА ПЛАНКА
Нейтронные звёзды, которые нас больше всего интересуют, — очень холодные, и их трудно увидеть. «емпература этих звёзд приводит к излучению в ближнем инфракрасном диапазоне, которое, возможно, можно будет наблюдать с помощью космического телескопа имени Джеймса Уэбба (JWST).
Отсутствие понимания природы нейтронных звезд может означать, что эту модель темной аннигиляции будет легче проверить на типе звездных остатков, которые остаются после смерти более мелких звезд, таких как Солнце: белых карликах.
Нейтронные звёзды были бы хороши для захвата тёмной материи благодаря своей чрезвычайной плотности. Но они также являются относительно плохо изученными звёздами.«Аналогичные идеи можно применить и к другим звёздам, которые мы лучше понимаем, например, к белым карликам.
Если теория окажется верной, она не только прольет свет на темную материю, но и поможет ученым лучше понять эволюцию нейтронных звезд.
Тёмная материя может захватываться звёздами и накапливаться внутри них. Если это произойдёт, она также может взаимодействовать сама с собой и аннигилировать, выделяя энергию, нагревающую звезду.
«Темные карлики» могут звучать как название новой расы обитателей Средиземья, поклоняющихся Саурону, но на самом деле это новый тип звездного тела, предположительно существующего в центрах галактик. Исследование группы было опубликовано в «Journal of Cosmology and Astroparticle Physics» (JCAP) в 2025 года.
Приставка «тёмный» здесь относится не к Тёмному Лорду, а к тёмной материи — таинственному веществу, составляющему 85% материи во Вселенной. Эта форма материи остаётся практически невидимой, поскольку не взаимодействует со светом, но взаимодействует с гравитацией.
Новые исследования показывают, что коричневые карлики, также известные как «неудавшиеся звёзды», могут служить гравитационными ловушками для тёмной материи, заставляя это экзотическое вещество взаимодействовать друг с другом. Это высвобождает энергию, нагревая эти неудавшиеся звёзды и превращая их из коричневых карликов в тёмные. И чем больше тёмной материи накапливают тёмные карлики, тем больше энергии излучают эти звёзды на тёмной стороне.
Если эта идея верна и темные карлики действительно обитают в центре Млечного Пути и других галактик, где темная материя наиболее распространена, то это дает ученым весомый намек на то, какие гипотетические неоткрытые частицы должны составлять эту загадочную форму материи.
Иллюстрация двух коричневых карликов на фоне молекулярного облака Персея. Роберт Ли
Это связано с тем, что только определённые частицы тёмной материи взаимодействуют друг с другом и «самоуничтожаются», высвобождая энергию. Пожалуй, наиболее ярким примером таких самовзаимодействующих частиц являются слабовзаимодействующие массивные частицы (WIMP).
«Тёмная материя взаимодействует гравитационно, поэтому она может захватываться звёздами и накапливаться внутри них», — заявил член команды Джереми Сакштейн из Гавайского университета. « Если это произойдёт, она также может взаимодействовать сама с собой и аннигилировать, выделяя энергию, нагревающую звезду».
Коричневые карлики получили неудачное прозвище «неудавшиеся звезды», поскольку, несмотря на то, что они формируются, как и звезды, из облака сжимающегося газа и пыли, им не удается набрать достаточно массы, чтобы запустить реакцию синтеза гелия из водорода в их ядрах.
Этот процесс питает звёзды главной последовательности, такие как Солнце. Коричневые карлики слабо светятся, поскольку внутри них происходит некоторый ядерный синтез, а также потому, что они сжимаются под действием собственной гравитации. Но находясь в центре галактик, эти неудавшиеся звёзды могут найти альтернативный источник энергии.
«Тёмные карлики — это объекты с очень малой массой, около 8% массы Солнца», — пояснил Сакштейн. «Эти объекты собирают тёмную материю, которая помогает им стать тёмными карликами».
Тёмная материя взаимодействует гравитационно, но не взаимодействует с другими материями, что позволяет ей опускаться в центры галактик, не встречая особого сопротивления. Это означает, что центры галактик изобилуют тёмной материей и, следовательно, являются наиболее вероятным местом обнаружения тёмных карликов.
«Чем больше тёмной материи вокруг, тем больше её можно захватить», — сказал Сакштейн. «И чем больше тёмной материи окажется внутри звезды, тем больше энергии будет произведено при её аннигиляции».
Тёмная материя может питать тёмные карлики только при взаимодействии с самой собой. Даже если эти взаимодействия редки или «слабы» (что объясняет, почему мы их до сих пор не обнаружили), там, где тёмная материя гравитационно сжата, как в сердцевине коричневого карлика, они могут стать частыми.
Иллюстрация тёмной материи, захватывающей «тёмную карликовую» звезду. Роберт Ли
Таким образом, существование тёмных карликов может исключить невзаимодействующие частицы-кандидаты на роль тёмной материи, а также слишком лёгкие частицы. К ним, возможно, относится и ведущий на данный момент кандидат на роль тёмной материи — аксионы.
«Для существования темных карликов темная материя должна состоять из вимпов или любых тяжелых частиц, которые взаимодействуют друг с другом настолько сильно, что производят видимую материю», — сказал Сакштейн.
Конечно, все это было бы пустыми домыслами, если бы команда не смогла предложить способ обнаружения темных карликов и отличия их от коричневых карликов, не использующих темную материю, или обычных звезд.
Исследователи предлагают особый химический маркер, который может быть явным признаком темных карликов — изотоп литий-7, который легко сгорает и поэтому быстро поглощается обычными звездами.
«Было несколько маркеров, но мы предложили литий-7, потому что это был бы действительно уникальный эффект», — сказал Сакштейн. «Таким образом, если бы удалось найти объект, похожий на тёмного карлика, можно было бы искать присутствие этого лития, потому что его бы там не было, если бы это был коричневый карлик или подобный объект».
Команда считает, что мощные телескопы, такие как космический телескоп имени Джеймса Уэбба (JWST) НАСА, уже сейчас способны обнаруживать холодные и тусклые темные карлики.
Сакштейн утверждает, что если в центре Млечного Пути будет обнаружен темный карлик, это будет «достаточно убедительным» доказательством того, что вимпы — это частицы темной материи.
Смотрите также... Немного о кошках: история одомашнивания и интересные факты о поведении домашних питомцев |
«С лёгкими кандидатами на тёмную материю, вроде аксиона, я не думаю, что удастся получить что-то вроде тёмного карлика. Они не накапливаются внутри звёзд», — сказал исследователь. «Если нам удастся найти тёмный карлик, это станет убедительным доказательством того, что тёмная материя тяжёлая и сильно взаимодействует сама с собой, но лишь слабо с «обычной» материей. Это включает в себя классы вимпов, но также и некоторые другие, более экзотические модели».
«Наблюдение за тёмным карликом не даёт нам окончательного заключения о том, что тёмная материя — это WIMP, но это будет означать, что это либо WIMP, либо нечто, что по всем параметрам ведёт себя как WIMP».
Взаимодействует ли тёмная материя сама с собой? Ответ может заключаться в обширных скоплениях сталкивающихся галактик.
Тёмная материя, как известно, асоциальна: она отказывается взаимодействовать со светом и «обычной» материей, что делает её фактически невидимой. Но учёные не уверены, взаимодействует ли тёмная материя сама с собой.
Если частицы, составляющие тёмную материю, взаимодействуют друг с другом, сталкиваясь и, возможно, даже уничтожая друг друга, новое исследование предполагает, что скопления галактик можно использовать в качестве естественных коллайдеров тёмной материи. Этот метод обнаружения тёмной материи будет основан на встрече и столкновении двух таких обширных групп галактик.
Поскольку эти скопления галактик заполнены темной материей, астрономы могли бы исследовать эти места космических столкновений, чтобы обнаружить возможные признаки взаимодействия темной материи с самой собой. Исследование группы было опубликовано в апреле 2024 года в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society
«В скоплениях галактик также преобладает тёмная материя», — заявила Жаклин Макклири, доцент кафедры физики Северо-Восточного университета . «От 80 до 90% их массы составляет тёмная материя, и чем массивнее объект, тем быстрее движутся составляющие его частицы тёмной материи. По сути, мы изучаем столкновения при очень высоких энергиях».
Отсутствие взаимодействий — одна из причин, по которой тёмная материя так сложна для понимания. Несмотря на то, что она составляет более 80% материальной Вселенной и оказывает гравитационное воздействие, которое буквально не даёт галактикам разлетаться, тёмная материя фактически невидима, поскольку не взаимодействует со светом. Аналогично, частицы тёмной материи проскальзывают сквозь частицы материи, словно космические призраки.
На иллюстрации изображена галактика, опутанная космической паутиной невидимой темной материи. Роберт Ли
Эти антисоциальные свойства привели учёных к пониманию того, что тёмная материя не может состоять из атомов, состоящих из электронов, протонов и нейтронов, которые взаимодействуют со светом и друг с другом. Это положило начало поиску подходящих частиц-кандидатов на роль тёмной материи.
«Всё во Вселенной состоит из частиц, волн и полей, поэтому исходное предположение заключается в том, что тёмная материя должна быть частицей», — сказал Макклири. «Вопрос в том, что это за частица, поскольку понятие «частица» весьма расплывчато».
Кандидаты на эти частицы варьируются от гипотетических «слабо взаимодействующих массивных частиц» (WIMPS) до «массивных компактных гало-объектов» (MACHO), и до крошечных, почти безмассовых частиц, называемых аксионами или стерильными нейтрино. Даже крошечные чёрные дыры, оставшиеся после Большого взрыва, называемые первичными чёрными дырами, рассматриваются как кандидаты на тёмную материю.
Проблема в том, что все эти подозреваемые не поддаются обнаружению и, таким образом, остаются удручающе гипотетическими.
Фантомная природа темной материи означает, что мы не можем просто загрузить частицы темной материи в ускоритель частиц на Земле, например, в Большой адронный коллайдер (БАК), чтобы столкнуть их друг с другом и определить их состав.
Таким образом, хотя LHC раскрыл некоторые секреты так называемой «стандартной модели физики элементарных частиц», расщепляя протоны и наблюдая за образующимися потоками частиц, темная материя, которая лежит за пределами этой модели, по всей видимости, не подлежит исследованию с помощью самого мощного в мире ускорителя частиц.
Единственный способ, которым мы можем фактически сделать вывод о присутствии темной материи, — это рассмотреть одно взаимодействие, в котором она, по-видимому, участвует. Темная материя имеет массу, и поэтому она искривляет пространство-время (четырехмерное объединение времени и пространства), что придает ей гравитационное влияние.
Вид скопления галактик Abell 1689 с фиолетовыми галактиками и яркими звездами, на которых изображено огромное количество темной материи. NASA
Это влияние может управлять движением обычной материи и света, и мы можем это обнаружить. Именно благодаря этому косвенному подходу мы знаем, что галактики окружены обширными ореолами тёмной материи, и что тёмная материя также существует в больших количествах вблизи ядер галактик.
Учёные также предполагают, что группировка галактик в обширные скопления происходит благодаря мощным нитям невидимой тёмной материи, которые распространяются по Вселенной подобно невидимой паутине, сплетённой космическим пауком. Эта космическая паутина также помогает отдельным галактикам набирать массу и расти, поскольку её гравитационное воздействие притягивает обычную материю.
Макклири и его коллеги предложили отказаться от искусственного ускорителя частиц в пользу естественного. Они рассуждают так: если скопления галактик и содержащаяся в них тёмная материя столкнутся с достаточной силой, могут произойти обнаружимые взаимодействия тёмной материи — если тёмная материя действительно взаимодействует сама с собой.
Эти взаимодействия могут быть простыми, например, столкновениями и отскоками частиц тёмной материи, или же они могут привести к взаимному уничтожению и выбросу энергии. Когда частицы и античастицы, например, электрон и его античастица, называемая позитроном, встречаются, они уничтожают друг друга, высвобождая при этом содержащуюся в них энергию. Некоторые модели тёмной материи предполагают, что она является своей собственной античастицей, то есть одной из форм взаимодействия может быть самоуничтожение, происходящее при встрече двух частиц тёмной материи.
Чтобы проверить эту идею, команда создала симуляции столкновений скоплений галактик на компьютерах, достаточно мощных, чтобы исследовать столкновения вплоть до взаимодействия частиц. Это потребовало программирования симуляции с использованием физических моделей взаимодействия звёзд, газа и тёмной материи.
Используя эту и другие подобные симуляции, учёные смогут построить дорожную карту для наблюдения за реальными столкновениями частиц тёмной материи. На её основе исследователи смогут собрать подсказки, которые помогут им определить некоторые базовые характеристики, которыми должна обладать гипотетическая частица тёмной материи. Это может сузить круг предполагаемых частиц тёмной материи.
«Если вы можете измерить какое-то самовзаимодействие или установить некий верхний предел, вы исключаете или допускаете классы частиц, которыми может быть тёмная материя», — сказал Макклири. «Если вы измеряете какое-то самовзаимодействие, то вы вводите другой класс частиц. Вы допускаете другой класс теорий».
«В этой статье также говорится о том, что если изучать набор, скажем, из 100 сливающихся скоплений галактик, у вас есть шанс измерить самовзаимодействие темной материи до некоего порогового значения».
«На первый взгляд это кажется нелогичным, ведь мы всегда хотим получить положительный ответ: что это такое?» — заключил Макклири. «Но в данном случае мы как бы вынуждены спросить: а что это не такое? Это процесс исключения».
Смотрите также... HTML, CSS-шпаргалка с примерами - тег IMG, figure и picture. Адаптирование, форматирование, эффекты Полный список обработчиков событий HTML / Javascript с примерами |
