Пошук темної матерії залишається однією з найбільших проблем космології. Теорія щодо її існування поки що не знайшла свого підтвердження, проте існує безліч моделей та підрахунків, які можуть пояснити рух зір та наявні гравітаційні сили у космосі лише за умови присутності цієї таємничої субстанції. Дослідники кажуть, що невидима форма матерії у 5-6 разів переважає над видимою речовиною.

Перевірка ВАК’ом та бозоном Гіґґза

Нова ідея працівників Великого адронного колайдера полягає в тому, що темна матерія містить темні частинки, які взаємодіють одна з одною через частинку-посередника. Її називають темним фотоном – аналогічно до звичайного фотону, який виступає посередником між електрично зарядженими частинками. Темний фотон також має слабко взаємодіяти з відомими частинками, описаними Стандартною моделлю, зокрема й бозон Гіґґза.

Використовуючи великий набір даних про зіткнення протона з протоном, вчені шукали випадки, коли бозон Гіґґза може перетворитися або “розпастися” на фотон та темний фотон, що не має маси.  Вони зосередили увагу на випадках, коли бозон утворювався разом з Z-бозоном (що сам розпадається на електрони), а також спостерігали за мюонами.

Очікується, що такі випадки будуть надзвичайно рідкісними, а їх фіксація потребує присутності гіпотетичного темного фотона, який не зможуть побачити детектори частинок, тож дослідникам доведеться звернутися до розрахунків.

Вчені складають імпульси виявлених частинок в поперечному напрямку (тобто під прямим кутом до зіткнення пучків протонів) і виявляють будь-який відсутній імпульс, необхідний для досягнення загального значення нуля. Такий відсутній поперечний імпульс може вказати на невизначену частку.

Візуалізація зіткнення частинок у детекторі CMS Великого адронного колайдера. Джерело: CERN

Вчені пропонуються ще один спосіб виявлення, який напряму пов’язаний з масою частинки, що розпадається на виявлений фотон і невизначену частинку. Якщо відсутній поперечний імпульс переноситься темним фотоном, який утворюється при розпаді бозона Гіґґза, то ця маса повинна відповідати масі бозона Гіґґза.

На жаль, поки що, дослідники не виявили сигналу темних фотонів. Але чи можна такий результат вважати провальним? З точки зору експериментальної та теоретичної фізики – ні, адже кожен подібний результат допомагає виключити або навпаки створити можливі варіанти для досягнення мети.

Галактика без темної матерії – більше не загадка

Ще рік тому ми писали про те, що групі дослідників з Інституту Астрофізики де Канаріас вдалося знайти галактику, в якій, за всіма підрахунками, просто немає темної матерії. Інформація про загадкову NGC 1052-DF2 вражала, адже роль темної матерії є фундаментальною причиною колапсу газу для утворення зірок.

Тепер, згідно зі статтею, опублікованою в Щомісячних повідомленнях Королівського астрономічного товариства (MNRAS), група дослідників з Astrofisica de Canarias (IAC) вирішила цю таємницю через розширений набір спостережень.

Раніше дослідники були здивовані аномальними параметрами, які повністю залежали від відстані. Оригінальна стаття, опублікована в Nature, зазначає, що галактика знаходиться на відстані близько 64 мільйонів світлових років від Землі.

Проте переглянувши всі дані та використавши п’ять незалежних методів для оцінки відстані об’єкта, вони виявили, що галактика знаходиться набагато ближче: всього за 42 мільйони світлових років.

Завдяки цим новим результатам, параметри галактики стали «нормальними» і відповідали спостережуваним тенденціям, що простежуються галактиками з подібними характеристиками. Так, загальна маса цієї галактики становить приблизно половину маси, розрахованої раніше, але маса її зірок становить лише приблизно чверть попередньо розрахованої маси. Це означає, що значна частина загальної маси повинна складатися з темної матерії. З роботи видно наскільки важливо правильне вимірювання позагалактичних відстаней.

Темна матерія в серці самотньої галактики

Використовуючи дані рентгенівської обсерваторії NASA, вчені виявили ізольовану протягом мільярдів років галактику зі значною кількістю темної речовини, що знаходиться безпосередньо у її ядрі.

Галактика, відома як Маркарян 1216 (скорочено Mrk 1216), містить зірки, майже настільки ж старі, як і сам Всесвіт. Вчені виявили, що Mrk 1216 пройшла дещо іншу еволюцію, ніж типові галактики.

Mrk 1216 належить до сімейства галактик еліптичної форми, які досить щільно упаковані зірками у своїх центрах. Астрономи вважають, що вони походять від “червоних самородків“, які сформувалися близько мільярда років після великого вибуху, але потім зупинилися у зростанні близько 10 мільярдів років тому.

Така теорія передбачає, що темна матерія в Mrk 1216 також має бути досить щільною. Щоби вперше перевірити цю ідею, пара астрономів дослідила рентгенівську яскравість та температуру гарячого газу на різних відстанях від центру Mrk 1216, щоби «зважити», скільки темної речовини може бути присутньою всередині галактики.

За мільярди років після Великого вибуху

Згідно з новим дослідженням, ореол темної матерії утворився навколо центру Mrk 1216 приблизно через 3 або 4 мільярди років після Великого вибуху.

Очевидно, що цей ореол поширився на більшу область, ніж зірки галактики. Формування такої червоної самородкової галактики було типовим для широкого кола еліптичних галактик, що спостерігаються сьогодні. Однак, на відміну від Mrk 1216, більшість гігантських еліптичних галактик продовжували поступово збільшуватися в розмірах, коли менші галактики зливалися з ними за космічний час.

Щільне накопичення темної матерії в середині Mrk 1216 може стати цікавим тестом для нестандартних теорій. А отже, робить ще один крок до розв’язання найбільшої загадки.

Ми розглянули три найновіші дослідження темної матерії, які все більше підводять нас до думки, що вона існує. Попри неможливість застосувати ці знання прямо зараз, вони покроково дозволяють нам розкривати все більше подробиць щодо способів її знаходження.

Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (2019), doi: 10.1093/mnras/stz771; The Astrophysical Journal (2019). doi: 10.3847/1538-4357/ab1008 

Якщо ви знайшли помилку, будь ласка, виділіть фрагмент тексту та натисніть Ctrl+Enter.

Total
19
Shares
19 Shares:
Залишити відповідь

Ваша e-mail адреса не оприлюднюватиметься. Обов’язкові поля позначені *

Перегляньте також