Физики ограничили темную материю

«Центавр А» является одним из активных галактических ядер, ближайших к Земле. Изображение: ESO / WFI (оптический); MPIfR / ESO / APEX / A.Weiss et al. (субмиллиметровый); NASA / CXC / CfA / R.Kraft et al. (рентгеновский)

Ученые из России, Финляндии и США в ходе анализа наблюдений за активными ядрами галактик смогли поставить ограничения на теоретическую модель частиц, составляющих темную материю. Это подталкивает научные группы по всему миру к дальнейшему изучению загадки — из чего же состоит темная материя. 

 

Работа опубликована в Journal of Cosmology and Astroparticle Physics.

Вопрос о том, какие частицы составляют темную материю, сейчас в физике элементарных частиц один из ключевых. Были предположения, что составляющие ее частицы будут обнаружены на Большом адронном коллайдере (БАК). Однако этого не произошло — целый ряд ставших классическими гипотез о природе темной материи не подтвердился. Самые разные наблюдения показывают, что темная материя существует, но получается, что она не может состоять из частиц Стандартной модели. Поэтому физики вынуждены рассматривать более сложные и более многообразные варианты. Речь идет про расширение Стандартной модели элементарных частиц. Например, обсуждаются гипотетические частицы с массами от 10-26 до 10+14 масс электрона, то есть на 40 порядков отличающимися друг от друга.

Существует теоретическая модель, которая объясняет состав темной материи с помощью сверхлегких частиц. Она успешно решает часть задач, которые вытекают из астрономических наблюдений. Однако такие легкие частицы сложно изучать, потому что они очень слабо взаимодействуют с окружающим веществом и светом. В лабораторных условиях обнаружить их практически невозможно, поэтому ученые ориентируются на астрономические наблюдения

«Мы говорим о частицах темной материи, которые на 28 порядков легче электрона. Для модели, которую мы решили проверить, это принципиально важно. Темную материю мы видим по гравитационным проявлениям. И если набрать наблюдаемую массу темной материи сверхлегкими частицами, их получится очень много. Но когда речь идет о столь легких частицах, сразу возникает вопрос, как защитить их от получения эффективной массы из-за квантовых поправок? Расчеты показывают, что ответ может быть связан со слабым взаимодействием этих частиц с фотонами, электромагнитным излучением. Из чего открывается возможность изучать их гораздо проще, потому что астрономия позволяет наблюдать электромагнитное излучение», — рассказывает Сергей Троицкий, один из авторов работы, главный научный сотрудник Института ядерных исследований РАН.

Когда частиц много, можно говорить о них не как о частицах, а как о поле, которое заполняет всю Вселенную с определенной плотностью. В доменах размером порядка 100 парсек поле когерентно осциллирует. Период осцилляции определяется массой частиц, и если исходить из рассмотренной авторами модели, он должен составлять порядка одного земного года. При прохождении поляризованного излучения сквозь такое поле плоскость поляризации световой волны начнет вращаться с тем же периодом. Подобные изменения свойств излучения можно отследить благодаря астрономическим наблюдениям. И периодичность порядка года очень удобна, потому что за многими объектами наблюдение ведется на протяжении нескольких лет, значит, изменения в поляризации их излучения можно будет легко обнаружить.

Авторы работы решили использовались данные наземных радиотелескопов, так как они возвращаются к одним и тем же астрономическим объектам много раз на протяжении цикла наблюдений. Такие телескопы видят далекие ядра активных галактик — сгустки плазмы. Из этих сгустков выходит излучение с очень высокой степенью поляризации. Наблюдая один и тот же сгусток, можно увидеть, как изменяется угол поляризации от года к году.

«Сначала нам показалось, что сигнал отдельных астрономических объектов вырисовывает синусоиду. Но проблема заключается в том, что период этого синуса должен определяться массой частиц темной материи, а значит, должен быть одинаковым у всех объектов. Наша выборка была из 30 наблюдаемых объектов. И даже если попадались периодические изменения, которые связаны с внутренней физикой этих излучающих областей, от одного объекта к другому периоды никогда не повторялись, — продолжает Сергей Троицкий. — Это значит, что взаимодействие с излучением наших сверхлегких частиц темной материи можно смело ограничить. Мы не исключаем существование таких частиц, но мы показали отсутствие их взаимодействия с фотонами, тем самым получив ограничение на существующие модели, описывающие состав темной материи».

«Представляете, как здорово?! В течение многих лет изучаешь себе квазары, а тут приходят коллеги-теоретики и оказывается, что результаты наших высокоточных поляризационных измерений можно использовать для понимания природы темной материи!» — восторженно добавляет Юрий Ковалев, соавтор работы, руководитель научных лабораторий в ФИАН и Московском физико-техническом институте.

В дальнейшем авторы планируют искать проявления возможных частиц темной материи больших масс, которые рассматриваются в других теоретических моделях. Для этого нужны иные методы наблюдений и спектральные диапазоны. По словам Сергея Троицкого, альтернативные модели имеют более жесткие ограничения.

«Сейчас весь мир работает над поиском частиц темной материи. Это одна из основных загадок в физике частиц. На сегодня нет такой модели, которая была бы основной, лучше проработанной или более вероятной с точки зрения совокупности экспериментальных результатов. Надо проверять все. К сожалению, темная материя — „темная“ в том смысле, что практически ни с чем не взаимодействует. В частности, со светом. Как видно, в некоторых сценариях она может немного менять световую волну, которая проходит сквозь нее. Но есть и такой сценарий, в котором ее частицы вообще никак не взаимодействуют с нашим миром. Только гравитационно. Но тогда ее частицы будет очень сложно найти», — заключает Сергей Троицкий.

В работе принимали участие ученые из Института ядерных исследований РАН, Физического института (ФИАН) им. П.Н. Лебедева РАН, Московского физико-технического института (МФТИ), Крымской астрофизической обсерватории , Университета Пердью (США) и университета Аалто (Финляндия).

Работа поддержана грантом Российского научного фонда.

Научная статья: Constraining the photon coupling of ultra-light dark-matter axion-like particles by polarization variations of parsec-scale jets in active galaxies; M.M. Ivanov, Y.Y. Kovalev, M.L. Lister, A.G. Panin, A.B. Pushkarev, T. Savolainen and S.V. Troitsky; Journal of Cosmology and Astroparticle Physics, рublished 28 February 2019

Пресс-служба МФТИ

Добавить комментарий

Комментарии не должны оскорблять автора текста и других комментаторов. Содержание комментария должно быть конкретным, написанным в вежливой форме и относящимся исключительно к комментируемому тексту.


Защитный код
Обновить

Срочные новости

Душистые и плодовые улицы Дубны

Вновь образованным улицам в поселке для многодетных Юркино присвоены имена.

Танцевальный "Весенний ренессанс-20…

27 апреля в зале администрации Дубны (ул.Академика Балдина, 2) впервые состоятся соревнования по тан...

Работа в Дубне есть

Вакансии ГКУ МО Дубненский ЦЗН на 25 апреля.

Лицей №6 Дубны попал топ-5 Подмосковья

По результатам регионального этапа Всероссийской олимпиады школьников Дубненский лицей №6 имени Г.Н...

Учитель третьеклашек Марина Борисовна

Каждый месяц мы представляем учителя Дубны, награжденного грантом ОИЯИ за профессиональные достижени...

Реклама

Объявления

Новости бизнеса

Заявки на субсидию МСП принимаются онлайн

Уважаемые предприниматели города Дубны! Одна из муниципальны...

«Союз» науки и разработчиков в нефтегазовой отрасл…

По инициативе резидента ОЭЗ «Дубна» компании «ИНТЕХ-Сервис» ...

ОЭЗ Дубна» пополнили четыре резидента с инвестиция…

Один из четырех новых резидентов ОЭЗ «Дубна» компания «Альфа...

52 квартиры для резидентов ОЭЗ «Дубна» в новом дом…

На прилегающей к Российскому центру программирования террито...

Первая компания из Италии может стать инвестором О…

Итальянская фирма «Flame Sргеу» заинтересована в развитии ...

Мы в соц сетях

VK
ОК
FB
G+

 

Блоги

Подпишитесь на новые события нашего сайта:Подписаться