|
Темная материя может находиться в двух состояниях
|
|
|
|
Отсутствие сигнала само по себе может быть сигналом. Такова идея нового исследования, опубликованного в журнале Journal of Cosmology and Astroparticle Physics, целью которого является переосмысление того, как мы ищем темную материю, показывая, что, возможно, нет необходимости повсюду находить одни и те же "подсказки", чтобы интерпретировать ее.
|
|
|
|
В частности, исследование предполагает, что даже если мы наблюдаем определенный тип сигнала в центре нашей галактики — избыток гамма—излучения, который может возникнуть в результате аннигиляции частиц темной материи, - неспособности обнаружить такой же сигнал в других системах, таких как карликовые галактики, недостаточно, чтобы исключить это объяснение.
|
|
|
|
Темная материя, по сути, может состоять не из одной частицы, а из множества слегка отличающихся друг от друга компонентов, поведение которых варьируется в зависимости от космической среды.
|
|
Избыток гамма-излучения в галактическом центре
|
|
|
|
Темная материя: мы знаем, что она существует и находится в изобилии, но мы никогда не наблюдали ее непосредственно и поэтому до сих пор не знаем, что это такое. На протяжении десятилетий космологи и астрофизики пытались понять ее природу. О его присутствии можно судить главным образом по гравитационному воздействию, которое он оказывает на видимую материю, но пока ни одна из предложенных гипотез не получила окончательного подтверждения данными. Поэтому поиск продолжается.
|
|
|
|
|
|
|
Многие ведущие модели темной материи описывают ее как состоящую из частиц. В некоторых из этих сценариев, когда две частицы встречаются, они могут аннигилировать, производя излучение высокой энергии, такое как гамма-лучи, которые астрономы пытаются обнаружить.
|
|
|
|
"Прямо сейчас, по-видимому, наблюдается избыток фотонов, поступающих из приблизительно сферической области, окружающей диск Млечного Пути", - объясняет Гордан Крняич, физик-теоретик из Национальной ускорительной лаборатории имени Ферми (Fermilab) в Соединенных Штатах и один из авторов исследования.
|
|
|
|
Этот избыток гамма-квантов, наблюдаемый космическим гамма-телескопом "Ферми", может быть вызван аннигиляцией темной материи. Однако существуют и альтернативные объяснения, согласно которым гамма-излучение может быть вызвано астрофизическими источниками, такими как скопление пульсаров.
|
|
|
|
Чтобы ответить на этот вопрос, необходимо искать в другом месте. "Если некоторые теории о темной материи верны, мы должны видеть ее в каждой галактике, например, в каждой карликовой галактике", - объясняет Крняич.
|
|
Карликовые галактики
|
|
|
|
Карликовые галактики - это очень маленькие и слабые системы, но чрезвычайно богатые темной материей. У них очень слабая астрофизическая база — меньше звезд и меньше обычного излучения — и поэтому они представляют собой идеальную среду для поиска "чистых" сигналов.
|
|
|
|
Стандартные теории, описывающие темную материю как состоящую из частиц, обычно предсказывают две возможности аннигиляции этих частиц. В простейшем случае вероятность аннигиляции постоянна и не зависит от скорости частиц: в этом случае, если мы наблюдаем сигнал в центре нашей галактики, мы также должны ожидать увидеть его в других системах, богатых темной материей, таких как карликовые галактики.
|
|
|
|
Во втором случае вероятность аннигиляции зависит от скорости частиц. Поскольку частицы темной материи в галактиках движутся с очень низкими скоростями, этот тип взаимодействия делает аннигиляцию чрезвычайно редкой, и поэтому сигнал практически невидим повсюду.
|
|
|
|
В этих рамках отсутствие сигнала в карликовых галактиках затруднило бы интерпретацию избытка гамма-излучения, наблюдаемого в центре нашей галактики, как вызванного темной материей.
|
|
|
|
Однако Крняич и его коллеги описывают альтернативный, более сложный сценарий, который мог бы объяснить отсутствие сигнала в карликовых галактиках, сохраняя при этом интерпретацию сигнала, наблюдаемого в Млечном Пути, как возможного эффекта темной материи.
|
|
|
|
"В этой статье мы пытаемся показать, что у вас может быть другая зависимость от окружающей среды, даже если вероятность уничтожения в центре галактики постоянна", - объясняет Крняич. "Темная материя может быть двумя разными частицами, и эти две разные частицы должны найти друг друга, чтобы аннигилировать".
|
|
|
|
Вероятность того, что два компонента темной материи встретятся и аннигилируют, также будет зависеть от соотношения между этими двумя частицами в каждой астрофизической системе. Это соотношение может отличаться в галактиках, подобных нашей, где два типа частиц могут присутствовать в одинаковых пропорциях, и в карликовых галактиках, где оно может быть сильно несбалансированным.
|
|
|
|
"Таким образом, вы получаете совершенно разные прогнозы для излучения", - объясняет Крняич.
|
|
|
|
Таким образом, модель, предложенная Крняичем и его коллегами, представляет собой более гибкую альтернативу простейшему стандартному сценарию, поскольку она допускает возможность объяснения отсутствия сигнала гамма-излучения в карликовых галактиках, не исключая происхождения сигнала, наблюдаемого в Млечном Пути, из темной материи.
|
|
|
|
В будущем гамма-телескоп "Ферми" может предоставить более точные данные о карликовых галактиках, которые в настоящее время все еще ограничены, что поможет прояснить, излучают ли эти системы гамма—излучение или нет. В принципе, наблюдение сигнала было бы совместимо с аналогичным распределением двух компонентов и в карликовых галактиках, в то время как его отсутствие могло бы свидетельствовать о том, что один из двух компонентов менее распространен.
|
|
|
|
Однако эта интерпретация не является уникальной и зависит от дополнительных астрофизических факторов, что делает необходимым сравнение модели с более широким спектром наблюдений.
|
|
|
|
Источник
|
