Темные миры

Состоящая из темной материи «теневая Вселенная», незримо вплетенная в нашу реальность, может обладать собственной богатой жизнью.

23 сентября 1846 г. директор Берлинской обсерватории Иоганн Готфрид Галле (Johann Gottfried Galle) получил письмо, которое изменило ход истории астрономии. Письмо пришло от француза Урбена Леверье (Urbain Le Verrier), изучавшего Уран. Ученый пришел к выводу, что движение этой планеты невозможно объяснить, учитывая только известные на тот момент гравитационные силы, а потому предположил существование дополнительного невидимого массивного объекта, возмущающего орбиту Урана образом, согласованным с наблюдениями. Следуя указаниям Леверье, Галле обнаружил планету Нептун именно там, где и предсказывала теоретическая модель.


Владея гравитационными силами, темная материя подобно скульптору вы- лепливает Вселенную и, сплетая галактики, формирует ее структуру. Физикитеоретики полагают, что на сверхбольших масштабах гравитационные взаимодействия доминируют над всеми остальными. На рисунке представлена модель структуры пространства нашей Вселенной размером в 1,6 млрд световых лет, полученная в 2005 г. в рамках проекта «Моделирование тысячелетия»

В современную эпоху актеры сменились, но роли остались теми же. Астрономы наблюдают аномальное движение небесных тел и делают вывод о наличии не обнаруженных пока объектов, охота за которыми – важнейшая задача современной космологии. В роли Урана выступают теперь звезды и галактики, чье движение отличается от предсказываемого теорией. В роли Нептуна – либо темная материя, состоящая из невидимых в электромагнитных лучах и обладающих массой объектов неизвестной природы, либо темная энергия, особое состояние вещества, «размазанного» по пространству. По характеру наблюдаемых аномалий мы можем выявить некоторые особенности этих актеров. Темная материя скорее всего представляет собой области невидимых в электромагнитных лучах частиц, которые неравномерно заполняют пространство. Темная энергия равномерно распределена по пространству Вселенной и действует так, как будто сама представляет собой его часть. Современные ученые по сути продолжают следовать хорошо зарекомендовавшему себя методу Галле: астрономические наблюдения показывают признаки существования скрытых форм материии энергии, влияющих на движение видимых тел. Однако появляется и множество ложных следов, ошибочных сигналов, вызванных, например, дефектами детекторов.

Нептун, будучи сначала всего лишь незримой силой, действовавшей на Уран, сам по себе оказался многообразным миром. Можно ли ожидать подобного «разоблачения» от темной энергии и темной материи? Так, некоторые ученые полагают, что отвечать за движение видимых тел – это всего лишь одна из немногих функций темной материи, и что в реальности темная материя образует свой собственный мир сложной структуры и многочисленных свойств. В этом «темном мире», незримо, но цепко вплетенном в нашу реальность, может обитать множество неизвестных нам частиц, взаимодействующих, быть может, по даже не изведанным пока законам природы.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ

  • Ученые обладают двумя независимыми аргументами из разных разделов физики, для того чтобы предположить, что Вселенная заполнена неизвестной формой вещества – темной материей. Не только звезды, галактики и газопылевые туманности движутся так, как будто на них действует некая неизвестная дополнительная гравитационная сила, но и некоторые ядерные процессы – например явление радиоактивности – представляют собой вопрос, ответ на который дает предположение о существовании неизвестных частиц.
  • Темная материя обычно полагается состоящей из частиц–вимпов (от англ. аббревиатуры WIMP – «слабо взаимодействующие массивные частицы»), которые очень слабо взаимодействуют с частицами обычной видимой материи. Такой сценарий представляется довольно унылым.
  • Может ли темная материя быть более разнообразной? Специалисты по физике частиц ищут ответ на этот вопрос, и в результате их исследований темная материя демонстрирует нам гораздо более богатую структуру: многочисленные частицы, взаимодействующие по неизвестным нам законам, в том числе существование невидимого глазу «черного света».

Темная сторона

Долгое время большинство исследователей полагали, что темная материя и темная энергия крайне мало взаимодействуют с обычным веществом, что эти экзотические состояния вещества крайне обособлены и далеки от нас. Авторы статьи предлагают иную точку зрения. С тех пор, как в 30–х гг. прошлого века астрономы впервые обнаружили указания на существование скрытого вещества, основным его свойством стала считаться инертность, т.е. очень медленное эволюционирование. Наблюдения показывают, что массовая доля темной материи превосходит массовую долю обычного вещества примерно в шесть раз. Галактики и галактические скопления окружены гигантскими гало темной материи. Чтобы не противоречить данным прямых астрономических наблюдений, такие большие массы должны состоять из частиц, очень слабо взаимодействующих с обычным веществом либо контактирующих преимущественно друг с другом. Единственное, в чем они проявляют себя, – в использовании гравитационного взаимодействия со светящейся материей.

Астрономы полагают, что в истории образования галактик первым сформировалось гало темной материи, которое затем вовлекло в созданную потенциальную яму и обычную материю. Последняя, будучи гибкой к различным изменениям, постепенно развивалась, порождая богатейшее семейство наблюдаемых сегодня галактик, тогда как инертная темная материя сохранилась в своих изначаль-ных виде и конфигурации. Что касается темной энергии, то единственная ее роль, известная нам из наблюдений, – это движущая сила ускоренного расширения современной Вселенной. Доступные нам наблюдения дают указания на то, что темная энергия практически не меняется на всем периоде существования Вселенной. Идея о том, что темная материя может обладать гораздо более сложной структурой и разнообразными свойствами, принадлежит не астрономам, а скорее специалистам в области элементарных частиц, многие методы исследования которых независимы от космологических теорий. Начало изучению темной материи было положено в начале прошлого века с открытием радиоактивного бета–распада.

Великий итальянский ученый Энрико Ферми пытался объяснить данный процесс введением новой фундаментальной силы и вновь появившихся частиц–переносчиков, ответствен-ных за бета–распад ядер. Эта новая сила была аналогична силе электромагнитного взаимодействия, а новые частицы – фотонам, за некоторым важным исключением. Ферми предположил, что в отличие от частиц – переносчиков света, фотонов, которые благодаря своей нулевой массе делают электромагнитные силы дальнодействующими, новые частицы должны быть массивными. Благодаря наличию массы у своих частиц–переносчиков, новые силы должны были бы оказаться короткодействующими, а потому незаметными на больших расстояниях, что и показывали эксперименты. Так, для объяснения наблюдаемого времени полураспада радиоактивных изотопов частицы–переносчики должны были быть очень тяжелыми – примерно в 100 раз тяжелее протона или, в пересчете на энергетические единицы, весить около 100 ГэВ.

Теперь эти новые силы называются силами слабого ядерного взаимодействия, а их частицы–пере-носчики – W– и Z–бозонами, открытыми в 1980–е гг. Сами по себе они не частицы темной энергии, но их свойства намекают на ее существование. Вообще говоря, эти частицы не должны были быть такими тяжелыми. Наличие столь больших масс может свидетельствовать о существовании неких скрытых так называемых «суперпартнеров» этих частиц, предсказываемых теорией суперсимметрии. Открытие таких скрытых частиц, а также ожидающих своей очереди десятков других типов частиц планируется на современном протон–протонном ускорителе БАК (Большой адронный коллайдер). Предсказываемые гипотетические частицы получили общее название cлабовзаимодействующие массивные частицы или вимпы (от сокращения WIMP – weakly interacting massive particle). Их название следует из того факта, что они взаимодействуют, кроме гравитации, только посредством слабых ядерных взаимодействий. Будучи нечувствительными к электромагнитным взаимодействиям, доминирующим в нашей повседневной жизни, вимпы полностью невидимы, и их любое прямое воздействие на обычные частицы слабо. Таким образом, эти гипотетические частицы – хорошие кандидаты на роль космологической темной материи.

Способность вимпов объяснить природу темной материи зависит от количества подобных частиц. Таким образом, решение космологической проблемы становится зависимым от физики элементарных частиц. Подобно другим частицам, вимпы могли бы быть рождены при Большом взрыве. Участие этих частиц в высокоэнергетических процессах рождения и уничтожения приводило к тому, что в заданный момент времени существовало определенное их количество, заданное двумя основными параметрами. Первый параметр – темп остывания расширяющейся Вселенной, в процессе которого оставалось все меньше энергии, необходимой на рождение вимпа; таким образом, под воздействием этого параметра количество вимпов уменьшалось со временем. Второй параметр – разлет частиц, что снижает частоту столкновений частиц. В результате действия этих двух процессов уже спустя 10 нс после Большого взрыва изменение количества вимпов полностью останавливается, поскольку, с одной стороны, во Вселенной больше нет необходимо высокой энергии для их рождения, с другой – прекращаются процессы взаимодействия частиц, уничтожающих вимпы. Зная массу (энергию) вимпа и его сечение рассеяния, характеризующее, как часто эти частицы аннигилируют друг с другом, физики могут легко оценить количество вимпов.

Оказывается, что с точностью до погрешностей в оценке масс и сечений рассеяния вимпов, их количество оказывается достаточным, чтобы объявить вимпами всю современную темную материю. Так, проблема, зародившаяся более века назад в физике элементарных частиц, позволила решить одну из ключевых задач современной наблюдательной космологии. Модель также указывает на инертность вимпов. Оценки показывают, что около миллиарда таких частиц беспрепятственно и незаметно прошли сквозь вас, пока вы читаете эту статью. За целый год можно ожидать всего лишь одного события взаимодействия вимпа с атомным ядром какой–нибудь клетки вашего тела с выделением очень незначительного количества энергии. Чтобы иметь хоть какую– то надежду зарегистрировать такое редчайшее событие, ученые создали детекторы частиц, предназначенные для мониторинга больших объемов жидкостей или других веществ на протяжении длительных периодов времени. Астрономы же ищут в галактиках вспышки излучения, которыми могли бы сопровождаться столкновение и аннигиляция вимпов. Еще один способ поиска этих частиц – попытка их синтеза в земных лабораториях.


«ВМОРАЖИВАНИЕ» В горячей и плотной ранней Вселенной процессы рождения и уничтожения частиц темной материи – «вимпов» – находились в состоянии динамического равновесия. С расширением Вселенной ее температура падала, и поэтому для рождения новых частиц темной материи переставало хватать энергии. Таким образом, преобладающим процессом становился распад этих частиц. Для «вимпов» теория хорошо предсказывает их количество, которое сопо- ставимо с наблюдениями.

Более вимпы, чем сами вимпы

Неустанные попытки отыскать вимпы могут навести читателя на мысль, что эти частицы – единственно возможные кандидаты на роль темной материи, в то время как это далеко не так. Недавние исследования в физике элементарных частиц указали новые пути объяснения природы темной материи. Так, частицы–вимпы могут оказаться всего лишь верхушкой айсберга неизведанного, скрытых миров, наполненных частицами, живущими по другим законам и под действием неизвестных нам сил.

Одно из исследований в этом направлении привело к созданию концепции существования частиц, еще более оторванных от нашей реальности, чем даже вимпы. Теоретики полагают, что вимпы сформировались в первые наносекунды после Большого взрыва и могли быть неустойчивыми. На секунды или даже дни позже эти частицы могли распасться на другие частицы сравнимых масс, но не вступающих в реакции слабого ядерного взаимодействия. Таким образом, единственной нитью, связывающей эти новые частицы с нашим реальным миром, стала бы гравитация. Ученые не без иронии назвали эти частицы супервимпами, которые также могли бы составлять темную материю в современной нам Вселенной. Супервимпы невозможно наблюдать напрямую астрономическими инструментами, но они могли бы оставлять некие знаковые следы в профиле яркости галактик. Родившись, супервимпы должны были обладать преимущественно субсветовой скоростью. Им было необходимо некоторое время, чтобы погасить эту скорость и положить начало зарождению протогалактик. Но расширение Вселенной все это время продолжалось, и потому благодаря этой задержке обычное вещество получало меньше времени на концентрацию в центральных областях формирующихся галактик и рассеивалось в пространстве. Таким образом, величина плотности центра гало тем-ной материи позволяет различить, из вимпов или из супервимпов состоит эта темная материя. Астрономы исследуют эту плотность. Заметим также, что реакция распада вимпов на супервимпы могла бы породить электроны или фотоны, которые могли бы ударять в легкие ядра. Так, есть указания, что Вселенная содержит меньше лития, чем ожидалось; супервимпы смогли бы объяснить этот недостаток.

Гипотеза супервимпов предлагает материал для размышления не только астрономам, но и физикам–экспериментаторам. Например, первоначальная вимп–частица не обязательно должна быть или скрытой, или слабовзаимодействующей; она может обладать электрическим зарядом. Каков бы ни был заряд, он никак не повлияет на эволюцию Вселенной, поскольку сама частица очень быстро распадается. Тем не менее наличие этого заряда привело бы к тому, что вимпы стали бы хорошо отождествляемы в лабораторных условиях. Обладая таким же зарядом, но в 100 тыс. раз большей массой, подобные частицы могут оставлять хорошо заметные треки.

Темные силы, скрытые миры

Основной урок моделей супервимпов – демонстрация того факта, что нет ни наблюдательных, ни теоретических ограничений возможности объяснять природу темной энергии большим количеством равноправных сущностей, о которых изначально и не подозревали астрономы. Коль скоро признается возможность существования скрытых частиц, обладающих иными свойствами, чем предсказывает модель стандартных вимпов, логично рассматривать все возможные типы скрытых частиц. Может ли оказаться скрытым такой набор частиц, чтобы стало возможным существование целого скрытого мира, точной копии нашего? В этом мире были бы скрытые электроны и протоны, которые формировали бы скрытые атомы и молекулы, а те в свою очередь формировали бы скрытые планеты, звезды и даже скрытых людей…

Возможность идентичности нашего и незримого мира исследовалась теоретиками неоднократно, начиная с комментария к статье нобелевских лауреатов 1957 г. Цзундао Ли (Tsung–Dao Lee) и Ян Чжэньнина (Chen Ning Yang) и вплоть до недавнего времени. Может ли оказаться так, что считаемое нами темной материей – на самом деле следствие существования незримого объекта, зеркального нашему миру? И есть ли в этом зазеркалье физики и астрономы, которые так же пытаются проникнуть в тайны темной материи, которой, с их точки зрения, являемся мы?

К сожалению, наблюдения показывают, что скрытые миры не могут быть точной копией нашего видимого мира. Во–первых, потому что темной материи примерно в шесть раз больше, чем обычной. Во–вторых, если темная материя ведет себя как обыкновенная материя, то гало галактик должно эволюционировать в плоские дисковые структуры, подобные нашему Млечному пути. Эти преобразования должны в свою очередь сопровождаться грандиозными гравитационными пертурбациями, что не подтверждается наблюдениями. И, наконец, в–третьих, существование скрытых частиц, идентичных нашим, воздействовало бы на темп космологического расширения, повышая скорость синтеза водорода и гелия в ранней Вселенной, что также не соответствует наблюдениям. Эти доводы фактически опровергают существование скрытых людей.

Как уже говорилось, темные миры могут оказаться вместилищами разнообразных частиц, взаимодействующих по новым для нас законам. В одном из направлений теоретических исследований, которому следует и один из авторов настоящей статьи (Джонатан Фэн), совместно с учеными из Гавайского университета было обнаружено, что в рамках суперсимметричных моделей, в которых, как уже было сказано, сценарий вимпов перехо-дит в сценарий супервимпов, возможно появление и других новых частиц. Кроме того, эти новые частицы, сменяющие вимпы, взаимодействуют друг с другом с помощью новых, неизвестных нам сил, названных темными. Ученые показали, что такие силы могут повышать интенсивность рождения и уничтожения (аннигиляции) частиц в ранней Вселенной, однако количества этих частиц не достаточно для объяснения современной темной материи. Эти модели предсказывают, что действие темной материи может сопровождаться эффектами скрытых сил слабого взаимодействия или даже некоторым подобием скрытой электромагнитной силы, под воздействием которой темная материя может излучать и отражать скрытые фотоны.

Скрытые фотоны («черный свет») мы, конечно, не способны увидеть. Темная материя остается невидимой для наших глаз. Однако новые силы могли бы иметь значительные наблюдательные эффекты. Например, эти силы могли бы деформировать проходящие друг сквозь друга облака частиц темной материи. Астрономы искали такие эффекты в знаменитом скоплении Пули, состоящем из двух тесно взаимодействующих между собой скоплений (кластеров) галактик. Наблюдения показывают, что темная материя в этих двух кластерах остается невозмущенной, а это значит, что темные силы не должны быть слишком велики. Исследования «силы темных сил» продолжаются и на других системах.

С помощью темных сил темные частицы могли бы обмениваться энергией и моментом вращения, что привело бы к установлению однородности в системах темных частиц и к тому, что состоящие из них гало приобретали бы сферическую форму. Этот процесс должен быть наиболее заметен для небольших – карликовых – галактик, в которых темная материя медленно вращается, частицы движутся рядом друг с другом, и поэтому малые эффекты могут существовать довольно долго. Наблюдаемый систематический эффект шарообразности карликовых галактик, более выраженный, чем у более крупных галактик, – косвенное указание на активность темных сил. Исследования в этом направлении только начинаются.

Из мрака во мрак

Еще одно интересное свойство темной материи – ее возможное взаимодействие с темной энергией. Несмотря на то, что наиболее реалистичные теории полагают темную материю и темную энергию не связанными, нет серьезных оснований возводить это предположение в закон. В настоящее время ведутся активные исследования возможных следствий такого взаимодействия. Есть надежда, что связь между ними сможет по крайне мере смягчить некоторые острые космологические проблемы, например проблему сопоставимости их плотностей. Плотность темной энергии примерно в три раза больше плотности темной материи, хотя это отношение могло быть и тысяча, и миллион. Такое совпадение имело бы смысл, если темная материя была каким–либо образом чувствительна к темной энергии.

Связь с темной энергией могла бы привести к тому, что частицы темной материи стали бы взаимодействовать между собой так, как не могли частицы обычной материи, что показывают недавние исследования. Под воздействием сил, вызванных влиянием темной энергии, темная материя обособливается от обычной материи. В 2006 г. Марк Камионковски (Marc Kamionkowski) из Калифорнийского технологического института и Майкл Кесден (Michael Kesden) из Канадского института теоретической астрофизики в Торонто исследовали на предмет этого эффекта карликовые галактики. Например, карликовая галактика в созвездии Стрельца разорвана приливным гравитационным полем Млечного пути, и по предположениям астрономов, ее темная материя и обычное вещество должны перетекать в нашу Галактику. По расчетам Камионковски и Кесдена, если бы силы, влияющие на темную материю, отличались хотя бы на 4% от сил, действующих на обычную видимую материю, то это привело бы к наблюдаемому смещению обоих компонентов. Наблюдательные данные показывают отсутствие такого смещения.

Другая гипотеза – связь темной материи и темной энергии – должна повышать рост космических структур, которые чувствительны к составу Вселенной, в том числе и ее темной составляющей. Ряд исследователей, включая второго автора этой статьи (Марк Тродден), использовали этот мощный индикатор для того, чтобы отсеять широкий класс нереалистичных моделей.


СЕРЕБРЯНАЯ ПУЛЯ

С точки зрения астрономов известное скопление Пули – наиболее яркое указание на существование темной материи. Более детально оно представляет собой два сливающихся галактических скопления (кластера). Это слияние не оказывает влияния на звезды этих галактик, но влияет на протяженные области межзвездного газа, испускающие в процессе взаимодействия рентгеновское излучение (показано розовым на рисунке). Темная материя (показана голубым на рисунке) обнаруживает свое существование, искривляя своими гравитационными полями световые лучи, идущие от фоновых источников

Несмотря на эти, казалось бы, нулевые практические результаты, корпус теоретических обоснований различных структур темных миров в настоящее время настолько обширен, что исследователи скорее удивились бы, обнаружив, что темная материя состоит всего лишь из вимпов. Отметим, что обычная видимая материя состоит из большого количества разнообразных частиц, взаимодействия между которыми определяются красивыми принципами симметрии – и нет никаких указаний на то, что темная материя и темная энергия не подчиняются этим принципам. Да, мы не нашли скрытых звезд, скрытых планет и скрытых людей. Но подобно тому, как теперь мы уже не можем представить себе Солнечную систему без Нептуна, Плутона и еще более удаленных от нас трансплутоновых объектов, также однажды мы не сможем представить себе Вселенную без темных миров.

ГРАДАЦИЯ НЕЗАМЕТНОСТИ

Супервимпы были первыми частицами, обогатившими стандартный сценарий темной материи в виде одних вимпов. Термин отчасти ироничен: в названии частиц слово «супер» означает не большую энергию, чем у вимпов, но большую слабость, большую незаметность при взаимодействии с частицами обычной материи. Супервимпы взаимодействуют с барионной материей только посредством гравитации

Гравитация
Электромагнитные силы
Сильные ядерные силы
Слабые ядерные силы
Неизвестные «темные силы»

Барионная материя
+
+
+
+
-

Вимпы
+
-
+
-
+

Супер вимпы
+
-
-
-
+

В сценарии вимпов (левая колонка) эти частицы – непосредственная основа формирования галактик. В сценарии супервимпов (правая колонка) вимпы распадаются на супервимпы, которые в дальнейшем служат той же «затравочной массой» для концентрации вблизи нее частиц обычной материи и формирования галактик, однако с некоторым запаздыванием по сравнению с первым сценарием


Вимпы, рождающиеся в ранней Вселенной после Большого взрыва

Вимпы, рождающиеся в ранней Вселенной после Большого взрыва

Вимпы замедляются и дают основу галактикам

Вимпы распадаются на быстрые супервимпы

Формирование галактик

Супервимпы замедляют свою скорость и служат основой для образования галактик

Эволюция галактик

Формирование галактик

КАК УВИДЕТЬ НЕВИДИМОЕ

Давно известно, что темная материя косвенно проявляет себя в гравитационных взаимодействиях с обычной видимой материей. Однако чтобы понять природу темной материи, необходимы ее прямые наблюдения. Эта задача не из простых: слишком уж темная материя темна. Тем не менее исследования активно продолжаются, причем основной упор приходится на частицы–вимпы. Существует три основных стратегии поиска вимпов: по их аннигиляции, рассеянию и рождению


АННИГИЛЯЦИЯ

Когда встречаются два вимпа, они уничтожают друг друга, оставляя после себя другие частицы, такие как электроны, позитроны и нейтрино. Аннигиляция лишь частична, иначе до наших дней не дожил бы ни один вимп. К счастью, уровень современных наблюдений чувствителен даже к незначительному количеству событий аннигиляции. Детекторы, установленные на высотных баллонах и спутниках, регистрируют электроны и позитроны. В ближайшем году космический аппарат доставит на МКС Магнитный альфа–спектрометр для поиска позитронов. Наземные обсерватории – эксперимент Super–Kamiokande (Япония), Ice Cube (Антарктика) – ищут нейтрино


ПРЯМОЕ ОБНАРУЖЕНИЕ

В своем путешествии по космическому пространству темная материя должна проходить сквозь Землю. С малой, хотя и не нулевой вероятностью вимп может попасть в атомное ядро и вызвать его отскок, поддающийся регистрации. Современная криогенная технология позволяет уменьшать естественные колебания атома и таким образом регистрировать даже очень слабый отскок. Два эксперимента, DAMA и GoGeNT, сигнализировали о получении сигналов, но другие – XENON и CDMS – ничего не обнаружили. Эксперименты продолжаются


РОЖДЕНИЕ

Темная материя может быть создана в ускорителях частиц, подобных Большому адронному коллайдеру в CERN. В ходе этого эксперимента сталкиваются идущие навстречу друг другу пучки протонов, обладающих сверхвысокими энергиями. Рождение темной материи – это процесс уничтожения темной материи, обращенный вспять. Так, если темная материя может аннигилировать с рождением частиц обычного вещества, то темную материю можно получить при столкновении обычных частиц. Сигналом к обнаружению темной материи послужило бы столкновение частиц, при котором часть энергии и момента вращения казались бы недостающими, показывая, что родились некие очень слабовзаимодействующие частицы, которые легко покинули детектор. Ученые ожидают, что в ходе этого эксперимента окажется возможным выявить природу темной материи во Вселенной

Название эксперимента CDMS DAMA GoGeNT PAMELA
Расшифровка названия эксперимента Криогенный поиск темной материи Когерентная германиевая нейтринная технология Темная материя Прибор исследования антиматерии и астрофизики легких ядер
Место расположения Рудник в Судане, Миннесота Подземная лаборатория Гран-Сассо, Италия Рудник в Судане Российский спутник
Что обнаружено Два события отскока Годичная вариация количества событий отскока Событие отскока Избыток позитронов
Почему сигнал можно считать реальным Прямой ожидаемый сигнал темной материи Статистически значимое событие Чувствительность к сверхнизким колебаниям энергии Прямой ожидаемый сигнал аннигиляции темной материи
Почему сигнал нельзя считать реальным Статистически не значимое событие Частично исключен другими результатами Естественное событие в ядре Другие астрофизические источники
Следующие эксперименты SuperCDMS, XENON XENON, MAJORANA XENON, MAJORANA Магнитный альфа-спектрометр

Перевод: О.С. Сажина

ОБ АВТОРАХ

Марк Тродден (Mark Trodden) – соруководитель Центра по изучению физики частиц в космологии при Университете Пенсильвании.

Джонатан Фэн (Jonathan Feng) – физик–теоретик Калифорнийского университета в Ирвайне, работающий на стыке физики элементарных частиц и космологии с акцентом на проблемы темной материи.

ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ЛИТЕРАТУРА

24 Января 2011, 13:37    Oleg    33588    13

Комментарии (13):

алексей  •  11 February, 21:26

Очень интересная статья. Теперь я буду постоянным посетителем вашего сайта. Астрофизика и физика элементарных частиц это моё хобби на протяжении уже 55 лет и что-то новое узнавать приходится не так часто. Без интереса к фундаментальным наукам у нашей страны нет будушего. В этом я глубоко убеждён. Спасибо Вам.

den  •  28 April, 3:05

Да она уже давно бьёт рекорда по читаемости...

hel  •  16 June, 21:57

натемнили уж сильно :) много схоластики. А вот Millenium Simulation меня в своё время впечатлило
см.: http://www.mpa-garching.mpg.de/galform/millennium/
По поводу тёмной материи вопрос: могут ли образовываться тёмные чёрные дыры? Т.к. тёмная материя "чувствует"
только гравитацию, то вполне естественна конечная стадия - коллапс в ЧД!

den  •  17 June, 0:00

К hel от 16 June, 21:57

Если вы имеете ввиду могут ли из темной материи и темной энергии образовываться черные дыры, то конечно да, гравитации все равно во что коллапсировать, правда темная энергия, обладая отрицательным давлением только препятствует этому -но это тоже гравитация. Такие черные дыры, в следствие теоремы об отсутствии волос быстро забывает свое начальное состояние т.е. то из чего и как они образовались.

hel  •  17 June, 22:46

Формально, конечно тёмная материя (ТМ) может коллапсировать.
Кстати, тёмная энергия (ТЭ) "работает" на больших масштабах,  возможно больше, чем масштаб скоплений галактик (впрочем этот вопрос сейчас обсуждается - см. Старобинского). Поэтому  ТЭ здесь не имеет смысла привлекать. А вот что касается  ТМ - вопрос остаётся. Всегда демонстрируют картинки с гладким
распределением плотности ТМ, поскольку все они являются результатом эффекта грав. линзирования, где клампированность ТМ выделить практически невозможно. Но может ли ТМ находится в клампированном  состоянии (в рамках задачи джинсовской неустойчивости)? Возможно, поскольку WIMPы являются  вободными (?) частицами, то как и электронный газ в скоплениях, распределение ТМ остаётся сглаженным и существенная фрагментации, которая может приводить к формированию сложных структур, маловероятна. А как следствие всего вышеказанного, и возникновение тёмных чёрных дыр также маловероятно.

hel  •  17 June, 23:29

Кстати, хорошая популярная статья по тёмной энергии и тёмной материи Лукаш&Михеева ссылка http://www.vokrugsveta.ru/vs/article/6298/   . У них в прошлом году вышла книга в физматлите "Физическая космология".  

den  •  19 June, 2:54

У нас на сайте тоже много статей про темную материю и темную энергию.

С этой книгой я знаком, частично читал, книга  действительно хороша.

hel  •  19 June, 11:51

Спасибо!  Действительно много статей. Хороший сайт! Хочу отметить дизайн - строго и со вкусом.   

Malovasusia  •  21 July, 5:52
Вакуумные конденсаты в новейшей квантовой теории поля есть макроскопические среды с квазиклассическими свойствами. Периодические коллективные движения в такой среде воспринимаются как псевдо- голдстоуновские бозоны т.е. частица Голдстоуна отвечает колебаниям того параметра, по которому вырождена система. Как известно киральная симметрия в КХД есть не точная и псевдоголдстоуновские бозоны есть физическая реализация нарушения этой симметрии. Спонтанное нарушение киральной симметрии приводит к появлению в спектре частиц октета псевдоскалярных Голдстоуновских состояний ($\pi, \eta, \kappa$ мезонов). При температуре нарушения киральной симметрии (Т≈150 МэВ) главный вклад в периодические коллективные движения кварк-глюонного конденсата вносят, конечно $\pi$ - мезоны, как легчайшие частицы
AlexKolmak  •  24 October, 11:27

А каким цветом отмечена темная материя в Millenium Simulation? 

den  •  24 October, 17:25

К AlexKolmak от 24 October, 11:27

Где ярче, там её больше.

Timi  •  18 Декабря 2011, 14:41

К hel от 16 June, 21:57

>вопрос: могут ли образовываться тёмные чёрные дыры?...

Только лишь из постановки этого вопроса вытекает некая классификация ЧД по "внутреннему" составу или по тому, из чего, какой материи образовалась та ли иная ЧД, что бросает вызов Вернеру Израэль автору теоремы про "волосатость" ЧД (в рамках применимости этой теоремы разумеется).

LAGRANGE  •  22 Февраля 2012, 17:38

Существует гипотеза, согласно которой тёмная материя может представлять собой обычную барионную материю,  в которой фундаментальные частицы барионы (электроны, кварки, глюоны и бозоны) существуют мизерное время. А гравитационное влияние её объясняется статистическим распределением их массы в огромном объёме гало галактик. Распадаясь, они излучают фотоны, которые не могут покинуть области тёмной материи. И вот почему. Все элементарные частицы - результат случайных флуктуаций разнородных полей тёмной энергии. Эти флуктуации могут быть стабильными и нестабильными. Фотон и все нейтрино - флуктуация двух полей из 6 возможных, а остальные частицы - флуктуация 3 полей из 6 возможных. Другими словами, барионная. стабильная материя - результат большей турбулентости нескольких провзаимодействовавших полей, а тёмная материя - остаток полей, которые не успели сконденсироваться в устойчивую структуру. Недостаток этой гипотезы в том, что изначально такая Вселенная должна быть разнородна.

Только зарегистрированные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите или зарегистрируйтесь пожалуйста.