Вероятно, тёмной материи почти нет в окрестностях Солнца

Крупнейший из реализованных на сегодня проектов по поиску тёмной материи в ближайших окрестностях Солнечной системы не принёс результата: исследователям из Чили не удалось выявить никаких следов тёмной материи на расстоянии до 13 тыс. световых лет от Земли. Если она и есть в Млечном Пути, то форма её скоплений должна быть очень необычной, что ставит под вопрос возможность такого сценария.

Крупнейший из реализованных на сегодня проектов по поиску тёмной материи в ближайших окрестностях Солнечной системы не принёс результата: исследователям из Чили не удалось выявить никаких следов тёмной материи на расстоянии до 13 тыс. световых лет от Земли. Если она и есть в Млечном Пути, то форма её скоплений должна быть очень необычной, что ставит под вопрос возможность такого сценария.

Согласно господствующим взглядам, мы должны купаться в тёмной материи, ибо её около 80% от всей материи вообще, а нашей барионной, обычной — «в разы» меньше. В нашей Галактике она считалась сконцентрированной в так называемом галактическом гало, которое представлено на видео ниже голубым:

Учёные даже провели подсчёты частоты столкновения тела среднего землянина с частицами тёмной материи, почти не взаимодействующей с той, из которой состоят люди. И, исходя из теоретических представлений о распространении тёмной материи, получили 100 000 столкновений в год. Кажется, обо всём этом можно забыть.

Галактическое гало, выделенное голубым, считалось состоящим в основном из тёмной материи. Если новое исследование точно, размеры и форму этого гало придётся пересмотреть. (Здесь и ниже иллюстрации ESO.)
Галактическое гало, выделенное голубым, считалось состоящим в основном из тёмной материи. Если новое исследование точно, размеры и форму этого гало придётся пересмотреть. (Здесь и ниже иллюстрации ESO.)

Группа чилийских астрономов, используя MPG/ESO, 2,2-метровый телескоп в обсерватории Ла-Силья, провела детальный сравнительный анализ динамики 400 звёзд, находящихся на расстоянии до 13 тыс. световых лет от Земли. Количество обнаруженной обычной материи — звёзд, пыли и газа — оказалось достаточным для объяснения гравитационных эффектов, которые влияют на звёзды в этой части Галактики. По словами ведущего автора работы д-ра Кристиана Мони-Бидина, представляющего астрономический факультет Университета Консепсьон, это не оставляет места для тёмной материи в исследованном районе. В то же время без неё трудно объяснить некоторые моменты формирования галактик, и даже вращение нашего собственного Млечного Пути не должно быть таким быстрым, если на него не действуют большие скрытые массы.

Строго говоря, нет оснований предполагать, что ситуация в остальной части нашей Галактики, по крайней мере кроме её центра, чем-то отличается, — а значит, внутри Млечного Пути тёмная материя если и присутствует, то её на порядок меньше, чем считалось.

Телескоп MPG/ESO сыграл ключевую роль в сборе информации для исследования.
Телескоп MPG/ESO сыграл ключевую роль в сборе информации для исследования.

Исследовательский метод опирался на анализ скоростей звёзд на противоположных частях галактического диска. При этом было изучено пространство, вчетверо большее, чем в предыдущем рекордном исследовании такого рода. По словам г-на Мони-Бидина, в этом секторе может находиться в лучшем случае 10% теоретически предсказанного количества тёмной материи. Причём, скорее всего, эта цифра ниже, потому что современные наблюдательные средства не слишком хорошо регистрируют, к примеру, коричневых карликов, которых в Галактике, предположительно, больше, чем обычных звёзд.

Словом, многочисленные эксперименты по поиску тёмной материи, вероятно, обречены на провал, потому что они ищут чёрную кошку в такой тёмной комнате, где нет никаких кошек. Чилийцы предположили, что единственным «спасением» для тёмной материи может быть её расположение в нашей Галактике не в форме сферы, как у футбольного мяча, а в форме вертикально вытянутого мяча для регби. В этом случае она концентрируется у центра галактического диска. Подтвердить эту теорию (или окончательно запутать дело) могут исследования по анализу скоростей звёзд в более обширном регионе. Правда, добавляют астрономы, такое расположение весьма маловероятно, ибо возможные причины столь компактного существования вокруг ядра Галактики неизвестны.

Разумеется, учёные, не участвовавшие в эксперименте, полагают, что результаты проведённого анализа нужно перепроверить. Можно предположить, что эта работа будет проведена в ближайшее время.

Подготовлено по материалам Nature News.

27 Апреля 2012, 16:54    Den    4770    1

Комментарии (1):

Nambu  •  27 Апреля 2012, 20:52

Вот что говорят об этом на официальном сайте ESO

Серьезный удар по теориям темной материи

Новое исследование обнаружило необъяснимое отсутствие темной материи в окрестностях Солнца

Наиболее точное на сегодняшний день исследование движений звезд в Млечном Пути не нашло свидетельств присутствия темной материи в большом объеме пространства вокруг Солнца. Согласно широко распространенным теориям считалось, что окрестности Солнца заполнены темной материей, таинственной невидимой субстанцией, которую можно обнаружить только косвенными методами, по гравитационному воздействию, которое она оказывает. Однако новое исследование, проведенное астрономами в Чили, показало, что эти теории просто не соответствуют наблюдательным фактам. Это может означать, что попытки прямой регистрации частиц темной материи на Земле вряд ли будут успешными.

Группа, использующая 2.2-м телескоп MPG/ESO в обсерватории ESO Ла Силья, а также другие телескопы, построила карту движений более, чем 400 звезд на расстояниях до 13 000 световых лет от Солнца. На базе этих данных астрономы вычислили массу вещества в окрестностях Солнца, в объеме пространства, вчетверо превышающем те, что рассматривались прежде.

Значение массы, которое мы получили, очень хорошо соответствует тому количеству вещества, которое мы видим в форме звезд, пыли и газа в околосолнечной области”, -- говорит руководитель группы Кристиан Мони Бидин (Christian Moni Bidin, Departamento de Astronomía, Universidad de Concepción, Chile). “Но тогда не остается места для темной материи, найти которую мы рассчитывали. Согласно нашим вычислениям, темная материя должна была отчетливо проявиться в наших измерениях. Но ее там просто не оказалось!

Темная материя – таинственная субстанция, которую нельзя увидеть, но которая проявляет себя через гравитационное взаимодействие с окружающим ее веществом. Первоначально предположение о существовании этой дополнительной составной части Вселенной было сделано, чтобы объяснить, почему внешние части галактик, включая и наш Млечный Путь, вращаются так быстро, но сейчас темная материя составляет существенный элемент теорий образования и эволюции галактик.

 В соответствии с общепринятой сейчас концепцией, темная материя составляет около 80% массы Вселенной [1], однако все попытки выявить ее природу до сих пор не увенчались успехом. Не удались и все эксперименты по регистрации частиц темной материи в лабораторных условиях на Земле.

Измеряя с очень высокой точностью движения большого числа звезд, в особенности расположенных на большом расстоянии от плоскости Млечного Пути, исследовательская группа смогла рассчитать общую массу вещества в этом объеме [2]. Движения звезд являются результатом взаимного гравитационного притяжения всего наличествующего вещества, как обычного, например, звезд, так и темной материи.

Существующие сейчас в астрономии модели формирования и вращения галактик предполагают, что Млечный Путь окружен гало из темной материи. Эти модели неспособны точно предсказать форму этого гало, но все они сходятся в том, что в околосолнечной области можно найти существенное количество темной материи. Только при очень необычной форме гало, например, очень вытянутой, можно объяснить отсутствие темной материи, выявленное настоящим исследованием [3].

Новые результаты также означают, что попытки зарегистрировать темную материю на Земле, например, при редких взаимодействиях частиц темной материи с «нормальными» частицами, вряд ли могут быть успешными.

Хоть мы и получили такой результат, Млечный Путь все-таки вращается значительно быстрее, чем если бы он состоял только из наблюдаемого вещества. Так что, если темной материи нет там, где мы рассчитывали ее найти, значит, требуется новое решение проблемы скрытой массы. Наши результаты противоречат принятым сейчас моделям. Тайна темной материи, таким образом, стала еще загадочнее. Будущие исследования, такие, как миссия ESA Gaia, сыграют решающую роль в ее разгадке” – заключает Кристиан Мони Бидин.

Примечания

[1] Согласно современным теориям, темная материя составляет 83% от всей массы Вселенной, а на долю обычного вещества приходятся остальные 17%. Во Вселенной также присутствует значительно большее количество темной энергии, но она, как считается, не оказывает влияния на движения звезд внутри Млечного Пути.

[2] Наблюдения были выполнены со спектрографом FEROS, смонтированном на 2.2-м телескопе MPG/ESO, с приемником Coralie, установленном на шведском 1.2-м телескопе Леонарда Эйлера (Leonhard Euler Telescope), с инструментом MIKE на телескопе Magellan II и с эшелле-спекрографом на телескопе Ирэн Дюпон (Irene du Pont Telescope). Первые два телескопа установлены в обсерватории ESO Ла Силья (La Silla Observatory), последние два – в обсерватории Лас Кампанас (Las Campanas Observatory); обе эти обсерватории находятся в Чили. В общей сложности наблюдалось более 400 красных гигантов с большим разбросом высот над плоскостью Галактики в направлении южного галактического полюса.

[3] Теории предсказывают, что среднее количество темной материи в окрестности Солнца должно составлять примерно 0.5 килограммов в объеме земного шара. Новые измерения дают значение 0.00±0.06 килограмма темной материи в этом объеме.

Узнать больше

Результаты исследования представлены в статье “Kinematical and chemical vertical structure of the Galactic thick disk II. A lack of dark matter in the solar neighborhood”, by Moni-Bidin et al. Статья появится в The Astrophysical Journal.

Состав группы: C. Moni Bidin (Departamento de Astronomía, Universidad de Concepción, Chile), G. Carraro (European Southern Observatory, Santiago, Chile), R. A. Méndez (Departamento de Astronomía, Universidad de Chile, Santiago, Chile) and R. Smith (Departamento de Astronomía, Universidad de Concepción, Chile).

В 2012 году исполняется 50 лет со дня основания Европейской Южной Обсерватории (ESO, the European Southern Observatory) -- ведущей межгосударственной астрономической организации Европы и самой продуктивной астрономической обсерватории в мире. В ее работе принимают участие 15 стран: Австрия, Бельгия, Бразилия, Чешская Республика, Дания, Франция, Финляндия, Германия, Италия, Нидерланды, Португалия, Испания, Швеция, Швейцария и Объединенное Королевство. ESO проводит в жизнь масштабную программу проектирования, строительства и эксплуатации мощных наземных наблюдательных инструментов, позволяющих астрономам выполнять важнейшие научные исследования. ESO также играет ведущую роль в организации и поддержке международного сотрудничества в области астрономических исследований. ESO располагает тремя уникальными наблюдательными пунктами мирового класса, находящимися в Чили: Ла Силья, Параналь и Чахнантор. В обсерватории Параналь, самой совершенной в мире астрономической обсерватории для наблюдений в видимой области спектра, установлен Очень Большой Телескоп ESO (The Very Large Telescope, VLT) и два обзорных телескопа: VISTA, который работает в инфракрасных лучах и является крупнейшим в мире телескопом для выполнения обзоров неба, и Обзорный Телескоп VLT, (VLT Survey Telescope) -- крупнейший инструмент, предназначенный исключительно для обзора неба в видимом свете. ESO является европейским партнером в революционном проекте астрономического телескопа ALMA – величайшем астрономическом проекте в истории. В настоящее время ESO планирует строительство E-ELT (European Extremely Large optical/near-infrared Telescope) – Европейского Сверхкрупного Телескопа 40-метрового класса для оптического и ближнего ИК диапазонов, который станет “величайшим в мире оком, устремленным в небо».

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