Таинственный центр нашей галактики, место обитания сверхмассивной черной дыры и источник мощнейших потоков излучения, преподносит новые сюрпризы. Возможно, именно он дал первые свидетельства существования темной материи.
Орбитальный гамма-телескоп Fermi
Экспериментальные данные отлично согласуются с предсказаниями теории. Фиолетовые линии показывают спектр аномального сигнала, черная – предсказанные величины
Центр Млечного Пути. Приходящие оттуда гамма-лучи экстремально высоких энергий могут рождаться в столкновениях частиц темной материи
|
 |
Проведя собственный анализ данных, собранных орбитальным гамма-телескопом Fermi, американские физики Дэн Хупер (Dan Hooper) и Лиза Гуденаф (Lisa Goodenough) представили свидетельства тому, что крайне высокоэнергетические фотоны гамма-излучения, приходящие из центра Млечного Пути, могут быть результатом столкновения частиц темной материи.
Напомним вкратце, что темная материя, концепция которой возникла в попытке объяснить сразу два несовпадения в астрофизике. Во-первых, несоответствие массы астрономических объектов, если вычислять ее исходя из количества видимого вещества, и по косвенным гравитационным эффектам, которые она создает. Во-вторых, противоречие между получаемыми разными путями параметрами плотности Вселенной.
По мысли ученых, темная материя не вступает с материей обычной ни в какое взаимодействие, помимо гравитационного – и судя по оказываемым ею воздействиям, ее должно быть раз в 5 больше обычной материи. Но поскольку все прочие взаимодействия для нее как бы не существуют, она не излучает и не поглощает – и наблюдать ее напрямую невозможно. Так что до сих пор прямых и строгих свидетельств ее существованию нет, несмотря на ряд довольно сенсационных обещаний.
Сама природа темной материи остается областью, в которой можно строить лишь гипотезы. Наиболее популярная версия говорит, что темная материя состоит из тяжелых и малоподвижных субатомных частиц – эта версия известна под названием «холодной темной материи».
Предполагается, что сразу после Большого Взрыва ее тяжелые частицы двигались крайне медленно, позволяя частицам обычной материи стягиваться вокруг них, постепенно формируя облака и первые звезды, и не позволяя им просто равномерно распределиться по всему пространству. Эти массивные частицы получили название вимпов, и теория говорит, что они могут взаимно аннигилировать, испустив при этом гамма-лучи. Имеются, разумеется, и альтернативные версии – вплоть до полностью обратной, постулирующей, что темная материя состоит из частиц быстро движущихся и крайне легких, но речь сейчас именно о вимпах.
По словам Хупера, им удалось обнаружить аномальный поток фотонов гамма-излучения, необычно высокоэнергетических даже для этой жесткой части спектра. Поток этот исходит из центра Млечного Пути, из самой его сердцевины, в пределах всего 100 световых лет. Этот факт не может объяснить наличие какого-либо обычного астрономического объекта. Однако, как только ученые подключили к делу темную материю, все сошлось.
Осознавая некоторую смелость этого шага, Хупер и Гуденаф перед публикацией демонстрировали свои результаты ряду экспертов, и все они согласились с их выводами: излучение именно таково, какое можно было бы наблюдать в результате столкновения и аннигиляции тяжелых вимпов в центре галактики. Как прокомментировал астрофизик Крэг Хоган (Craig Hogan), «это самое простое и ясное объяснение… если что-то выглядит как утка, если оно крякает как утка, то это и есть утка».
А кроме того, Хупер и Гуденаф, анализируя характеристики гамма-излучения, не просто пришли к выводу о том, что создается оно именно вимпами, но и оценили их массу – примерно в 7,3-9,2 ГэВ, т.е. примерно в 8 раз тяжелее протона. Интересно, что эта цифра совпадает с данными, полученными итальянскими физиками в ходе не раз критиковавшегося эксперимента DAMA (читайте: «Темная история»).
По сообщению Fermilab / symmetry breaking
Темная история: Много шума — и ничего?
На днях научный мир переполошило сообщение об обнаружении – после долгих лет бесплодных поисков – частиц темной материи. Однако на деле все вовсе не так однозначно: слухи о действительности куда увлекательней ее самой.
Карта распределения темной материи, составленная по наблюдениям за эффектом гравитационного линзирования, проведенным телескопом Hubble в рамках эксперимента COSMOS
CDMS: детекторы для поиска темной материи расположены в на глубине 747 м, в выработанных штольнях железной шахты штата Миннесота
По задумке авторов эксперимента CDMS, гипотетические частицы темной материи, взаимодействуя с мишенью из германия, должны приводить к появлению электрического сигнала и колебаний в германиевом кристалле, что и можно (теоретически) зафиксировать приборами
|
|
Напомним, что по современным представлениям темная материя, которая не проявляет себя ничем, кроме гравитационного взаимодействия с материей обычной, составляет почти 23% массы Вселенной (обычная барионная материя – не более 4,5%). При этом непосредственно доказать ее существование и обнаружить предполагаемые «элементарные частицы темной материи» - вимпы - никак не удается. Так, уже шестой год продолжается самый масштабный в истории человечества эксперимент, посвященный поискам темной материи. Наблюдение ведет сверхчувствительный детектор CDMS, скрытый глубоко под горами в штате Миннесота, но – пока без результата. Однако на днях весь научный мир был не в шутку взбудоражен слухами о том, что команде CDMS удалось-таки провести наблюдения вимпов, что может послужить важным ключом к нашему пониманию устройства Вселенной в целом. По мнению ученых, вимпы должны быть примерно в сотню раз тяжелее привычных нам протонов, и являться основным компонентом темной материи. А уж доказательство их реального существования позволит внести коррективы в самые базовые законы и уравнения современной физики и астрономии. Немудрено, что шум после публикации в исследовательском блоге Resonaances поднялся немалый. По сообщению, ученые, используя переохлажденные кристаллы германия, сумели выделить из массы шума сигнал, объясняться который может только наличием вимпов – точнее говоря, речь шла о двух случаях возможного обнаружения этих неуловимых частиц. Сложность состоит в том, что влияние обычной материи и излучения вносит существенные искажения, создавая шум, на фоне которого «расслышать» долгожданный сигнал практически не получается. В сообщении также говорилось, что соответствующая публикация появится уже в ближайшем номере такого авторитетного издания, как Nature. Журнал этот довольно редко печатает статьи, посвященные фундаментальной физике, и каждая из них – важное исключение, с сообщением о действительно прорывном событии. Тем больший интерес вызвала находка, о которой писал блог. Напомним, что это далеко не первое сомнительное сообщение об обнаружении частиц темной материи. Некоторое время назад мы разбирали столь же сенсационную – и столь же сомнительную – находку, сделанную в Италии: «Темная материя попалась?» Итальянцы тут же подверглись серьезной атаке со стороны скептически настроенных коллег, которые раскритиковали даже саму постановку эксперимента. Однако в проекте CDMS все было поставлено совешенно по-иному, да и результат, о котором сообщалось в блоге, получен анализом более старых данных, а не в ходе некоего нового опыта. Уже это само по себе вызывает сомнения ученых. Не участвующий в работе CDMS профессор Ричард Гейтскелл (Richard Gaitskell) считает: «Никто не вправе называть эти результаты доказательством». Еще один профессор, Уве Оберлак (Uwe Oberlack) комментирует сообщение так: «Никаких усовершенствований безуспешного эксперимента CDMS сделано не было. Они просто продолжали и продолжали сбор данных, на таком уровне чувствительности, что надо быть невероятно удачливым, чтобы что-то зарегистрировать». Данные, о которых сообщалось в блоге, относятся к 2007-2008 гг., и они дают, по словам авторов сообщения, лишь «70-процентную уверенность». Суровое мнение огромного числа специалистов коротко выразил Эдвард Торндайк (Edward Thorndike). Отвечая на прямой вопрос, можно ли воспринимать результаты, представленные командой CDMS в качестве подтверждения наблюдения темной материи, он так же прямо сказал: «Невозможно». Впрочем, еще один крупный ученый, физик-теоретик Джозеф Ликкен (Joseph Lykken) не столь категоричен: по его мнению, полученный сигнал не был простым шумом, и авторам удалось, по крайней мере, зафиксировать «нечто». Однако интерпретация этого сигнала – вопрос крайне непростой. Что еще важнее – непонятно, удастся ли подтвердить эти результаты при независимом повторении и верификации эксперимента. В отсутствие собственно статьи трудно сделать какие-то предсказания – тем более что вскоре представители журнала Nature официально опровергли планы о публикации соответствующей статьи. Это не добавляет уверенности оптимистам: если результаты и имеются, они вряд ли полностью достоверны и однозначны, иначе бы статья была бы принята к публикации. Впрочем, даже на CDMS или другом детекторе (скажем, готовящемся к запуску в ближайшее время Xenon100) действительно удалось или удастся зафиксировать взаимодействие вимпов, это станет лишь первой страницей в исследовании темной материи. Пока никто не может сказать, сколько именно видов частиц могут ее составлять. По мнению некоторых, вообще под самим понятием темной материи скрывается целый класс пока неизвестных нам частиц и взаимодействий, и вимпы – лишь незначительная его часть. Ну а по ряду теорий о строении темной материи никаких вимпов не существует вовсе. Словом, дело темное. Недаром английское слово «wimpy» по странному совпадению можно перевести, как «безрезультатный» и «плохонький». По публикациям Popular Science и ScienceNOW
Источник: popmech.ru.
Рейтинг публикации:
|
