Несмотря на то, что темная материя является самым распространенным веществом во Вселенной, обнаружить ее пока не удается. Теперь исследователи предложили новый оригинальный метод ее обнаружения - поиск ударных волн при столкновении "астероидов" темной материи со звездами.

Новое исследование выдвигает гипотезу, что "астероиды" из темной материи могут быть обнаружены при столкновении со звездами, что проявится в виде сигналов, похожих на вспышки (foto NASA/SDO)

Темная материя получила свое немного пугающее название потому, что она не отражает, не поглощает и не излучает свет, что конечно сильно ограничивает ее поиск. Но ученые уверены, что она все-таки существует, потому что воздействует на свет и обычную материю посредством своего огромного гравитационного потенциала. Она влияет на движение звезд и всех других астрономических объектов, и на основании этого ученые подсчитали, что темной материи во Вселенной должно быть в пять раз больше, чем обычной.

В новом исследовании ученые из Национальной ускорительной лаборатории SLAC и Университета Париж-Сакле предлагают совершенно новый способ обнаружения темной материи. Группа исследователей утверждает, что при прохождении темной материи через звезды она создает уникальные сигналы, которые могут быть зарегистрированы телескопами.

Часть проблемы поиска темной материи заключается в том, что многие ее свойства остаются неизвестными, включая массу частиц, из которых она состоит. В данном исследовании команда сосредоточилась на сгустках масса которых эквивалентна массам астероидов.

"Большинство экспериментов искали темную материю, состоящую из отдельных частиц, каждая из которых тяжелее атомного ядра, или сгустки, массивные как планеты или звезды", - сказал Кевин Чжоу, автор исследования, в интервью порталу Phys.org. "Нас интересовал только переходный этап - темная материя размером с астероид, который, как считалось, трудно исследовать экспериментально, поскольку темные астероиды слишком редки, чтобы столкнуться с Землей, и слишком малы, чтобы обнаружить их в космосе". <

Иллюстрация образования ударной волны. Темный астероид, пролетая на сверхзвуковой скорости через звезду, создает рядом с ней сильную ударную волну. Ударная волна движется к поверхности звезды, где высвобождает свою энергию в виде тепла. Credit:NASA

 

Если астероиды из темной материи существуют, то вероятнее всего, они будут периодически проходить через астрономические объекты, и именно таким образом их удастся обнаружить. Команда говорит, что когда астероид из темной материи проносится мимо звезды на сверхзвуковой скорости, он создает ударные волны. Когда эти волны достигают поверхности звезды, они создают кратковременный сигнал оптического, ультрафиолетового и рентгеновского излучения, который может быть обнаружен телескопами.

Одна из проблем заключается в том, что эти сигналы будут похожи на вспышки, которые звезды испускают естественным образом, но команда говорит, что эту проблему можно решить, сфокусировав поиск на звездах с низким уровнем ультрафиолетового излучения, таких как оранжевые карлики, и звездах, расположенных в плотных шаровых скоплениях, где концентрация темной материи выше. Благодаря такому подходу будет легче зафиксировать всплеск сигналов над ожидаемым фоном, который создают вспышки звезд.

Команда говорит, что существующие и будущие телескопы могли бы улавливать такие сигналы, и им даже не нужно будет специально охотиться за ними - астрономы смогут уловить их из общего потока данных.

Иллюстрация метода регистрации. При традиционном поиске частиц темной материи (слева) отдельные частицы темной материи сталкиваются с ядрами в детекторе на Земле. Возникающая при этом энергия отклика может быть зарегистрирована чувствительными детекторами. Аналогично, темные астероиды могут сталкиваться со звездами (справа), что приводит к ударным волнам, нагревающим их поверхности. Возникающее при этом ультрафиолетовое излучение может быть зафиксировано телескопами на Земле. Credit: Das et al

 

В некотором смысле, эта идея похожа на более масштабную версию экспериментов по поиску темной материи, которые уже проводятся учеными. Во многих из этих исследований используются огромные резервуары с различными жидкими веществами, хранящимися в глубокой тишине и спокойствии, с идеей, что если частица темной материи пройдет через них, то возможно она столкнется с ядром атома вещества в резервуаре и создаст вспышку света, которую можно будет зафиксировать приборами. Новый метод работает примерно так же, только в роли атомов здесь выступают звезды, а в роли частиц темной материи - скопления размером с астероид.

Впрочем, предлагаются и другие способы обнаружения признаков темной материи, включая всплески необъяснимого рентгеновского излучения в галактиках, вспышки света вокруг нейтронных звезд или даже скоплений темной материи, притягивающих черные дыры и замедляющие их вращение.

Поскольку поиск темной материи охватывает так много самых разных концепций, есть шанс, что в ближайшем будущем мы получим новые важнейшие подсказки, которые помогут разгадать одну из самых загадочных космических тайн всех времен.

Новое исследование было опубликовано в журнале Physical Review Letters.

Источники:
https://phys.org/news/2022-01-dark-stars-potentially.html
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.128.021101