Темная материя даже темнее, чем когда-то думали

Темная материя — это огромный вопросительный знак, нависающий над нашими знаниями о Вселенной. Во Вселенной больше темной материи, чем видимой, но это крайне неуловимо; он не отражает, не поглощает и не излучает свет, что делает его невидимым. Из-за этого известно, что он существует только благодаря гравитационному воздействию на видимую Вселенную (см., Например, heic1215a).Чтобы узнать больше об этом загадочном веществе, исследователи могут изучить его аналогично экспериментам с видимым веществом — наблюдая, что происходит, когда оно сталкивается с предметами [1].

По этой причине исследователи изучают обширные коллекции галактик, называемые скоплениями галактик, где столкновения с темной материей происходят естественным образом и где она существует в достаточно больших количествах, чтобы увидеть эффекты столкновений [2].Галактики состоят из трех основных компонентов: звезд, облаков газа и темной материи. Во время столкновений облака газа, распространяющиеся по галактикам, врезаются друг в друга и замедляются или останавливаются.

На звезды гораздо меньше влияет сопротивление газа [3], и из-за огромных промежутков между ними они не оказывают замедляющего воздействия друг на друга — хотя, если бы две звезды действительно столкнулись, силы трения были бы огромными.«Мы знаем, как газ и звезды реагируют на эти космические катастрофы и где они появляются из обломков. Сравнение того, как ведет себя темная материя, может помочь нам сузить круг вопросов, — объясняет Дэвид Харви из Федеральной политехнической школы Лозанны (EPFL). в Швейцарии, ведущий автор нового исследования.

Харви и его команда использовали данные космического телескопа NASA / ESA Hubble и рентгеновской обсерватории NASA Chandra для изучения 72 столкновений крупных скоплений. Столкновения произошли в разное время и видны под разными углами — одни сбоку, другие — лоб [4].

Команда обнаружила, что, как и звезды, темная материя продолжала выдерживать сильные столкновения, не замедляясь. Однако, в отличие от звезд, это происходит не потому, что темная материя находится далеко от другой темной материи во время столкновений. Ведущая теория состоит в том, что темная материя равномерно распределена по скоплениям галактик, поэтому частицы темной материи часто приближаются очень близко друг к другу.

Причина, по которой темная материя не замедляется, заключается в том, что она не только не взаимодействует с видимыми частицами, но и еще меньше взаимодействует с другой темной материей, чем считалось ранее.«Предыдущее исследование показало подобное поведение в Bullet Cluster», — говорит член команды Ричард Мэсси из Даремского университета, Великобритания. «Но трудно интерпретировать то, что вы видите, если у вас есть только один пример.

Каждое столкновение занимает сотни миллионов лет, поэтому за всю человеческую жизнь мы можем увидеть только один стоп-кадр с одного ракурса. Теперь, когда мы изучили так много других столкновений, что можем начать собирать фильм целиком и лучше понимать, что происходит ».

Обнаружив, что темная материя взаимодействует с собой даже меньше, чем предполагалось ранее, команда успешно сузила свойства темной материи. Теоретикам физики элементарных частиц нужно продолжать поиски, но теперь у них есть меньший набор неизвестных, с которыми можно работать при построении своих моделей [5].Темная материя потенциально может иметь богатые и сложные свойства, и есть еще несколько других типов взаимодействия, которые необходимо изучить. Эти последние результаты исключают взаимодействия, которые создают сильную силу трения, вызывающую замедление темной материи во время столкновений.

Другие возможные взаимодействия могут заставить частицы темной материи отскакивать друг от друга, как бильярдные шары, в результате чего темная материя выбрасывается из столкновений или капли темной материи изменяют форму. Команда будет изучать их в следующий раз.

Чтобы еще больше увеличить количество столкновений, которые можно изучить, команда также изучает столкновения с участием отдельных галактик, которые встречаются гораздо чаще.«Есть еще несколько жизнеспособных кандидатов на роль темной материи, так что игра еще не окончена, но мы приближаемся к ответу», — заключает Харви. «Эти« астрономически большие »коллайдеры частиц наконец-то позволяют нам взглянуть на темный мир вокруг нас, но вне досягаемости».Примечания[1] На Земле ученые используют ускорители частиц, чтобы узнать больше о свойствах различных частиц.

Физики могут исследовать, из каких веществ состоят вещества, ускоряя частицы до столкновения и исследуя свойства и траекторию образовавшихся обломков.[2] Скопления галактик — это скопления галактик, пронизанные морем горячего рентгеновского излучения, излучающего ионизированный газообразный водород, который все погружен в массивное облако темной материи.

Именно взаимодействия этих самых массивных структур во Вселенной наблюдаются для проверки свойств темной материи.[3] Взаимодействие газа с газом при столкновениях кластеров очень велико, а сопротивление газ-звезда невелико. Подобно мыльному пузырю и пуле на ветру, где пузырь будет гораздо больше взаимодействовать с ветром, чем пуля.[4] Чтобы выяснить, где находится темная материя в скоплении, исследователи изучили свет галактик позади скопления, свет которых был увеличен и искажен массой скопления.

Поскольку у них есть хорошее представление о видимой массе в скоплении, количество искаженного света говорит им, сколько темной материи находится в той или иной области.[5] Популярная теория состоит в том, что темная материя может состоять из «суперсимметричных» частиц. Суперсимметрия — это теория, в которой все частицы в нашей Стандартной модели — электроны, протоны, нейтроны и т. Д. — имеют более массивного «суперсимметричного» партнера. Хотя пока нет экспериментального подтверждения суперсимметрии, теория решит некоторые пробелы в нашем нынешнем мышлении.

Одна из предложенных суперсимметрией частиц будет стабильной, электрически нейтральной и слабо взаимодействовать с обычными частицами Стандартной модели — всеми свойствами, необходимыми для объяснения темной материи.

Оставьте комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.