Окружает ли нашу Галактику тёмный диск?

Большинство частиц тёмной материи весьма слабо взаимодействует между собой. Однако новая гипотеза предполагает, что малая её часть нарушает это правило.

Хотя современные представления уверяют нас, что тёмной материи (ТМ) во Вселенной в несколько раз больше, чем обычной, считается, что первая не очень сильно влияет на вторую на масштабах, меньших, чем галактические, — из-за слишком слабого взаимодействия ТМ с материей вроде той, из которой состоим мы с вами.

В своей новой работе Лиза Рэндалл (Lisa Randall) с коллегами по Гарвардскому университету (США) утверждают, что слабо взаимодействующие между собой частицы могут составлять лишь часть ТМ, а значит, наши представления об этом вопросе чрезмерно упрощены.

Проанализировав известные данные по гало Млечного Пути и возможной доле в нём тёмной материи, группа г-жи Рэндалл заявила, что примерно 5% ТМ в ней может вполне эффективно взаимодействовать с обычной материей, наподобие того, как частицы последней взаимодействуют друг с другом. Если это так, то нормально взаимодействующие частицы должны рассеивать энергию при сохранении момента импульса при вращении вокруг галактического центра, что ведёт к формированию тонкого диска, вроде видимого галактического.

Поскольку такой ТМ-диск будет содержать «тёмные» аналоги протонов и электронов, взаимодействующих посредством гипотетического аналога электромагнетизма, они должны образовывать полные аналоги атомов, только, понятно, «тёмные». Чтобы не усложнять моделирование, учёные не включили в модель ядерные силы, иначе пришлось бы анализировать образование ТМ-звёзд. Однако, отмечают они, более сложная модель вполне может быть построена. Более того, по словам Мэтью Рииса (Matthew Reece), одного из авторов работы, «вопрос о том, могут ли существовать формы жизни, состоящие из тёмной материи, не кажется полностью исключённым». Хотя, тут же добавляет он, пока это весьма спекулятивная идея, «остающаяся не очень научной, и мы не знаем хорошего метода её проверки».

А вот в случае с гипотетическим ТМ-диском, принципиально отличающимся от ТМ-гало (что предсказано более ранними работами), методы проверки всё же есть. «Гайя», готовящаяся к запуску в этом октябре миссия Европейского космического агентства, теоретически должна быть достаточно чувствительной, чтобы отличить гравитационное влияние тонкого уплощенного диска от тяготения более сфероидного галактического гало. Кроме того, есть и другой способ: если ТМ-материя взаимодействует на манер обычной, то следы аннигиляции таких специфичных частиц (гамма-лучи) будут сильно отличаться от тех, что сейчас отслеживаются детекторами космического базирования (на «Ферми», PAMELA и AMS-02), ибо они придут только из тех областей неба, где расположен ТМ-диск, а не со всех сторон, как в случае гало. Следовательно, их будет не так уж сложно отличить и зарегистрировать.

А вот попытки поймать взаимодействие обычных и ТМ-частиц на подземных детекторах будут успешны только в том случае, если ТМ-диск Галактики совпадает с диском обычной материи, что, исходя из их параметров, совершенно необязательно. Если же эти диски, к примеру, перпендикулярны друг другу, то на Земле найти сильно взаимодействующие ТМ-частицы не получится.

Само собой, пока это только гипотеза. Но отметим здравость её основного посыла: даже если из наших наблюдений следует, что бóльшая часть тёмной материи слабо взаимодействует между собой, это не исключает варианта, когда некоторое количество её частиц взаимодействуют друг с другом не слабее обычных.
Отчёт об исследовании опубликован в журнале Physical Review Letters, а с его препринтом можно ознакомиться здесь.

Подготовлено по материалам Physicsworld.Com