Аннигиляция темной материи внутри шаровых скоплений
Группа астрономов изучила два близлежащих шаровых скопления, 47 Тукана и Омега Центавра, в поисках сигналов, вызванных аннигиляцией темной материи. Хотя поиски оказались пустыми, они не увенчались успехом. Отсутствие обнаружения наложило строгие верхние ограничения на массу гипотетической частицы темной материи. Темная материя составляет около 80% всей массы Вселенной, хотя она совершенно невидима. Она просто не взаимодействует с электромагнитной силой, поэтому не светится, не отражает, не поглощает и т. д. Пока единственное доказательство его существования, которое у нас есть, — это его гравитационное воздействие на остальную часть Вселенной. Из-за этого астрономы не совсем уверены в том, что такое темная материя, хотя многие физики считают, что это какой-то новый вид частиц, ранее неизвестный стандартной модели физики элементарных частиц.
Одна из возможностей заключается в том, что темная материя состоит из какой-то сверхлегкой частицы, такой как аксион. И хотя эти частицы не будут взаимодействовать с обычной материей, они могут очень редко взаимодействовать друг с другом, сталкиваясь друг с другом и аннигилируя. Если энергия столкновения достаточно высока, это может привести к образованию гамма-излучения, которое затем расщепляется, превращаясь в электрон и позитрон. Эти электроны и позитроны могут склеиваться, образуя связанные состояния, называемые позитронием. Однако атомы позитрония нестабильны и в конце концов распадаются, оставляя после себя вспышку радиоизлучения. Таким образом, несмотря на то, что темная материя не взаимодействует с электромагнетизмом напрямую, мы все еще можем наблюдать радиоизлучение от столкновения и распада частиц темной материи.
Чтобы сделать эту работу, вам нужно много темной материи. Если бы частицы темной материи сталкивались достаточно легко, мы бы уже это увидели. Так что столкновения должны быть редкими. Плотность темной материи в окрестностях нашей галактики слишком мала, чтобы можно было обнаружить излучение, но плотные ядра галактик могут обеспечить лучший доступ. Естественным местом для поиска является наше галактическое ядро, но это место завалено всеми видами радиоизлучения, поэтому трудно сказать, исходит ли тот или иной сигнал от аннигиляции темной материи или от чего-то более приземленного. Вот почему группа астрономов обратилась к двум близлежащим шаровым скоплениям, как сообщается в статье, недавно опубликованной в журнале препринтов arXiv.
Два скопления, 47 Tucanae и Omega Centauri, находятся всего в нескольких тысячах световых лет от нас, что делает их относительно легкими для наблюдения. Астрономы считают, что это остатки карликовых галактик, большая часть их звезд оторвана от них в результате взаимодействия с Млечным Путем. Это делает скопления идеальными лабораториями, потому что они, по сути, представляют собой шары из плотной темной материи с очень небольшим загрязнением. Команда астрономов отправилась на поиски уникального радиосигнала распадающегося позитрония с помощью обсерватории Паркса в Австралии. Они ничего не нашли, что не обязательно плохо. Основываясь на своих наблюдениях, они смогли установить наилучшие верхние пределы для массы и поперечного сечения (показатель того, насколько часто частицы взаимодействуют) этих моделей легкой темной материи. Конечно, было бы здорово увидеть подтвержденный сигнал и, наконец, положить конец тайне темной материи, но новые знания в любом направлении всегда приветствуются и всегда полезны.
