Опрос
|
реклама
Быстрый переход
Загадочное свечение центра Млечного Пути может пролить свет на тайну тёмной материи
16.10.2025 [21:50],
Геннадий Детинич
Исследователи из Университета Джонса Хопкинса (США) обнаружили возможный ключ к разгадке тайны тёмной материи в виде загадочного рассеянного свечения гамма-лучей вблизи центра Млечного Пути. Это свечение — пока неустановленной природы — ставит учёных в тупик уже десятилетия и может быть вызвано как столкновениями частиц тёмной материи, так и результатом физики быстро вращающихся нейтронных звёзд. Обе гипотезы равновероятны — и это настоящий вызов для науки. 
Гамма-свечение в центре Млечного Пути. Источник изображения: NASA/DOE/Fermi LAT Collaboration Исследователи использовали данные гамма-телескопа «Ферми» (Fermi), уже выведенного из эксплуатации, для моделирования концентрации тёмной материи в гало нашей галактики — и впервые сделали это с учётом истории формирования Млечного Пути после первого миллиарда лет его существования. За последующие эпохи в галактику влетали и покидали её многочисленные объекты, включая карликовые галактики со своими гало тёмной материи. Симуляция показала возможное распределение тёмной материи в Млечном Пути, и оно отразило реально наблюдаемые сигналы из космоса. Проблема в том, что такие же сигналы — рассеянное гамма-излучение — способны испускать миллисекундные пульсары (нейтронные звёзды, представляющие собой сжавшиеся ядра умерших светил). Впрочем, если принять за истинную версию с пульсарами, то придётся признать, что их в нашей галактике и во Вселенной в целом гораздо больше, чем предсказывают современные теории эволюции звёзд. Поэтому исследование пока не позволяет сделать окончательный вывод о происхождении рассеянного гамма-излучения в центре Млечного Пути. Однако новые данные в пользу одной из гипотез могут приблизить человечество к разгадке природы тёмной материи. Для этого планируется провести ряд экспериментов по точному определению уровней энергии рассеянного гамма-излучения: высокие энергии будут указывать на пульсары, а низкие — на тёмную материю. Также предусмотрены работы по прогнозированию распределения тёмной материи в карликовых галактиках-сателлитах Млечного Пути для последующего сравнения с данными, которые планируется получить после запуска нового наземного гамма-телескопа Cherenkov Telescope Array Observatory (CTAO), начало работы которого ожидается к концу текущего десятилетия. Готовый план экспериментов и созданная на основе моделирования карта распределения тёмной материи в карликовых галактиках и центре Млечного Пути помогут наконец вывести тёмную материю на чистую воду — какой бы она ни оказалась. Российские физики выведут аксионы на чистую воду — за год докажут или опровергнут их связь с тёмной материей
15.10.2025 [16:20],
Геннадий Детинич
Тёмная материя, составляющая более 80 % всего вещества во Вселенной, остаётся одной из величайших загадок современной физики. Российские учёные предложили новый подход к её обнаружению, сосредоточив внимание на аксионах — гипотетических лёгких частицах, которые считаются главными кандидатами на роль этой неуловимой субстанции. 
Источник изображения: ИИ-генерация Grok 3/3DNews В отличие от традиционных методов детектирования элементарных частиц, основанных на усилении слабых сигналов, что неизбежно сопровождается усилением шумов, новый проект предполагает прямой подсчёт одиночных фотонов в радиодиапазоне, которые очень редко, но возникают при движении аксионов в сильном магнитном поле. Это позволяет обойти стандартный квантовый предел (SQL) — неизбежный порог чувствительности детекторов, не позволяющий улавливать сигнал ниже определённого уровня. Инициаторами проекта стали физики из ведущих российских институтов: МФТИ, НИИЯФ МГУ, ИФМ РАН, а также других учебных учреждений в Москве, Нижнем Новгороде, Саратове, Сарове и Санкт-Петербурге. Ключевой автор — профессор МФТИ Дмитрий Горбунов, чья команда разработала эксперимент под названием «Космологический Аксионный Саровский Галоскоп» (CASH). Этот галоскоп предназначен для обнаружения аксионов в гало тёмной материи нашей галактики. Подробно об эксперименте рассказано в престижном журнале Physical Review D, где подчёркивается потенциал установки для качественного прорыва в поисках тёмной материи. Как отметил Горбунов: «Мы предлагаем не просто улучшить существующие методы, а совершить качественный скачок». Метод CASH основан на использовании мощного магнитного поля (1,7–10 Тл), в которое помещается резонатор для однофотонной регистрации частиц, рождающихся аксионами. Поскольку из схемы исключён усилитель сигнала, вместе с ним устраняются и создаваемые им шумы, что кратно повышает чувствительность датчиков. В эксперименте CASH-I с фиксированной полостью резонатора аксионы можно будет обнаружить за 12 дней. Для поиска во всём диапазоне вероятных масс (читай — частот), а сегодня никто точно не знает массы этой частицы, потребуется эксперимент CASH-II с перестраиваемым резонатором. В таком случае поиск аксиона займёт примерно год. 
Принципиальная схема однофотонного детектора на основе джозефсоновского перехода. В рабочем состоянии (синяя линия) детектор находится в сверхпроводящем режиме. Поглощение одного-единственного фотона, рожденного из аксиона тёмной материи, вызывает скачкообразный переход в резистивное состояние с ненулевым напряжением (красная пунктирная линия), что позволяет надёжно зарегистрировать событие. Источник: Physical Review D Резонаторная полость настраивается на частоту, соответствующую предполагаемой массе аксиона (от 38 до 54 мкэВ), для резонансного усиления сигнала. Центральный элемент датчика — сверхчувствительный однофотонный детектор на основе джозефсоновского перехода в условиях сверхпроводимости. Такой переход способен регистрировать даже единичный фотон, вызывающий чётко фиксируемый скачок из сверхпроводящего в резистивное состояние. Установка охлаждается до 10–20 мК для подавления теплового шума, что снижает уровень ложных срабатываний до одного на 100 секунд. Проект CASH позволит заполнить «белые пятна» на карте параметров аксионов, проверить ключевые модели (KSVZ и DFSZ) и, возможно, впервые напрямую обнаружить тёмную материю. Даже в случае отрицательного результата эксперимент установит новые строгие ограничения для теорий фундаментальной физики. По словам Горбунова, «наш детектор настолько чувствителен, что может зарегистрировать рождение одного-единственного фотона из аксиона». Это один из самых точных экспериментов в мире по чувствительности в радиодиапазоне, превосходящий аналоги и открывающий путь к новым открытиям в космологии и физике частиц. Луна поможет японским учёным в поисках тёмной материи
11.10.2025 [12:07],
Геннадий Детинич
Поиски тёмной материи пока не увенчались успехом, хотя на её долю должно приходиться около 80 % вещества во Вселенной. Поэтому вся стратегия по её поиску опирается на уверенность, что пресловутая «чёрная кошка в тёмной комнате» действительно там есть — нужно лишь придумать, как её поймать. По замыслу учёных из Японии, в этом могут помочь радиотелескопы на Луне. Симуляция показала, какой сигнал искать, а на Луне это возможно сделать с минимальными помехами. 
Источник изображения: University of Tsukuba Вселенная возникла около 13,8 млрд лет назад в результате Большого взрыва — события, сопровождавшегося стремительным расширением пространства-времени. Примерно через 400 000 лет после этого наступил период, известный как «тёмные века», который длился около 100 млн лет и характеризовался отсутствием звёзд и галактик. В это время доминировали облака газа, состоящие главным образом из атомов водорода, которые, по расчётам учёных, испускали слабые радиоволны с длиной волны 21 см. Эти волны рассматриваются как потенциальный источник ключевой информации о ранней эволюции Вселенной и её составе, включая загадочную тёмную материю. Исследователи из Университета Цукубы (University of Tsukuba) и Токийского университета (University of Tokyo) применили методы численного моделирования для предсказания интенсивности 21-сантиметрового сигнала в различных сценариях распределения тёмной материи. Используя суперкомпьютер, команда воспроизвела динамику газа и тёмной материи в ранней Вселенной во время «тёмных веков». Симуляции учитывали модели как холодной, так и тёплой тёмной материи. Это позволило достичь беспрецедентной точности в расчётах интенсивности ключевых радиоволн и открыло новые перспективы для интерпретации будущих наблюдений. Ключевые результаты моделирования показывают, что водородный газ в эпоху «тёмных веков» генерировал характерный радиосигнал с яркостной температурой около 1 милликельвина (одной тысячной градуса Кельвина) в усреднённом по небу радиоизлучении. Более того, тёмная материя, формируя в пространстве неоднородные структуры, должна была вызывать вариации этого сигнала аналогичной амплитуды, что позволило бы отчётливо выделить это влияние на фоне помех. Анализ глобального сигнала в широкой частотной полосе — около 45 МГц — позволит, по мнению учёных, точно определить массу и скорость частиц тёмной материи, что станет прорывом в понимании фундаментальных свойств этой субстанции. Эти расчёты побуждают ускорить планы по развёртыванию радиотелескопов на поверхности Луны, где отсутствие характерных для Земли и человеческой цивилизации помех обеспечит высокоточные наблюдения. В частности, японский проект «Цукуёми» предусматривает строительство на Луне радиотелескопов для улавливания слабого 21-сантиметрового сигнала. Успех миссии может радикально изменить наше представление о тёмной материи. Калибровочные снимки «Джеймса Уэбба» отсеяли кандидатов на роль лёгкой тёмной материи
29.07.2025 [17:39],
Геннадий Детинич
Телескоп «Джеймс Уэбб» впервые использовали для поиска частиц лёгкой тёмной материи, способных взаимодействовать с обычной материей с помощью других сил, кроме гравитации. Для этого учёные использовали калибровочные снимки телескопа, сделанные ещё в декабре 2021 года вскоре после его отправки в космос. Данные «Уэбба» облегчили будущую работу учёных, разом отбросив целый спектр кандидатов на роль лёгкой тёмной материи. 
Источник изображения: ИИ-генерация Grok 3/3DNews Сегодня у учёных почти нет сомнений, что тёмная материя — это частицы, а не поле. Иначе говоря, это вещество, если говорить по-русски. Для объяснения свойств этого вещества и его места во Вселенной предложено множество гипотез. Эксперименты и наблюдения позволяют выявить несоответствия в этих гипотезах, выясняя, в том числе, какой тёмная материя не может быть. Эксперимент с калибровочными снимками «Уэбба» такого же рода — он сузил поле для поиска достаточно определённых частиц тёмной материи, указав на те области, где точно не стоит искать, и на которые нет смысла тратить ресурсы. В будущем NASA рассматривает возможность миссии DarkNESS (Dark Matter and Neutrino Exploration with Spectroscopic Sensitivity), в рамках которой будет создан небольшой спутник для слежения за центром нашей галактики. Считается, что тёмное вещество наиболее сконцентрировано в центрах галактик. Миссия DarkNESS будет искать варианты лёгкой сильновзаимодействующей тёмной материи, которая может вступать в связь с обычной материей не только с помощью гравитации. Это открывает возможность засечь частицы тёмной материи привычными датчиками из полупроводников, если такие частицы существуют. Закрытые фильтрами датчики «Уэбба» ещё до начала работы телескопа отчасти тоже могли справиться с такой задачей. Они не пропускали свет, но для частиц тёмной материи были прозрачны. Учёные сделали такие снимки во время калибровки прибора NIRSpec. Используя светочувствительные матрицы на основе ртути, кадмия и теллура, исследователи искали следы «тёмных фотонов» и других форм лёгкой тёмной материи, которые могли бы взаимодействовать с электронами. Никаких следов взаимодействия исследователи не нашли, что позволило исключить существование широкого спектра подобных частиц в диапазоне масс от 10 МэВ до 1 ГэВ. Это стало важным шагом в изучении природы тёмной материи. Полученные результаты имеют значение для будущих исследований, включая миссию DarkNESS. Этот аппарат будет использовать схожий подход для поиска тёмной материи. Данные с «Джеймса Уэбба» помогут оптимизировать программу наблюдений DarkNESS, уточнив диапазоны масс и свойств частиц, на которые стоит обратить внимание. Таким образом, телескоп внёс вклад не только в астрономию, но и в фундаментальную физику, уточняя возможные модели тёмной материи. Тёмную материю нужно искать в тёмных карликах, показало моделирование
09.07.2025 [10:14],
Геннадий Детинич
Группа учёных из Великобритании и США провела моделирование ранее неизвестного класса космических объектов, получивших название «тёмные карлики». В определённых условиях несостоявшиеся звёзды — коричневые карлики — могут вобрать в себя достаточное количество тёмной материи, чтобы поддерживать бесконечный процесс тления, оставаясь тусклыми, но при этом довольно горячими. Моделирование подсказало, где следует искать этих таинственных объектов. 
Источник изображения: Durham University Исследование проведено под руководством физиков из Университета Дарема (Durham University, Великобритания) и опубликовано в журнале Journal of Cosmology and Astroparticle Physics (JCAP). Астрофизиков интересовал вопрос обнаружения частиц тёмной материи, которая слабо взаимодействует с обычным веществом — исключительно посредством гравитации. По этой причине науке до сих пор не удалось зарегистрировать такие частицы в естественной среде, и даже диапазон их возможных масс остаётся неизвестным. Один из рассматриваемых вариантов предполагает, что частицы тёмной материи могут быть достаточно массивными — их называют «вимпами» (WIMP, Weakly Interacting Massive Particles, или по-русски — слабо взаимодействующие массивные частицы). Британские астрофизики рассчитали условия, при которых возможно образование тёмных карликов с участием вимпов. Модели показали, что коричневые карлики в центре Млечного Пути, где концентрация тёмной материи должна быть особенно высокой, способны накапливать эти частицы. Коричневые карлики не обладают достаточной массой для запуска термоядерной реакции синтеза и не становятся полноценными звёздами. Однако в областях с высокой плотностью тёмной материи они могут вобрать её в достаточном количестве, чтобы получать энергию от аннигиляции вимпов — процесса их столкновения и взаимного уничтожения. Эта энергия способна бесконечно поддерживать тление, превращая такой объект в тёмного карлика. Отличить тёмного карлика от коричневого или других тусклых звёзд можно по наличию в его спектре изотопа литий-7. В обычных звёздах, включая коричневые карлики, литий-7, как правило, уничтожается, тогда как в тёмных карликах он должен сохраняться. Космический телескоп «Джеймс Уэбб» способен проводить подобные спектральные наблюдения, отмечают учёные, и его следует направить также на поиск тёмных карликов в центре нашей галактики. Открытие хотя бы одного такого объекта мгновенно укажет на характеристики тёмной материи, что станет одним из важнейших достижений современной физики. «Джеймс Уэбб» запечатлел яркое столкновение двух скоплений галактик
04.07.2025 [19:22],
Сергей Сурабекянц
Космический телескоп NASA «Джеймс Уэбб» (James Webb Space Telescope, JWST) передал на Землю впечатляющую фотографию так называемого скопления галактик «Пуля» (Bullet Cluster), состоящего из двух отдельных сталкивающихся скоплений. Изображение расположенного в 3,9 миллиардах световых лет от Солнца скопления Пуля, полученное совместно с рентгеновской обсерваторией Chandra, может указать путь к раскрытию тайн тёмной материи. 
Источник изображений: NASA/ESA/CSA/STScI/CXC Ещё в 2006 году космический телескоп «Хаббл» и рентгеновская обсерватория Chandra получили изображение скопления Пули, которое подтверждало наличие в ней тёмной материи, которая гравитационно преломляла свет из более далёких галактик. JWST удалось создать более совершенную карту распределения материи, как обычной, так и темной, в скоплении Пуля. Космический телескоп зафиксировал свечение миллиардов звёзд, выброшенных из своих галактик в «свободное плавание». Учёные использовали свет от этих звёзд, чтобы отследить наличие темной материи и получить более точную карту её распределения в скоплении Пуля. На комбинированном изображении, полученном рентгеновской обсерваторией Chandra, горячий газ внутри скопления Пуля выделен розовым, а предполагаемое местоположение темной материи, согласно данным JWST, отмечено синим. Взаимное расположение этих областей заставило астрономов задуматься — что заставило тёмную материю и газ так разделиться. Столкновения между скоплениями галактик — идеальные источники информации для проверки научных предположений о тёмной материи. Наблюдения за этими космическими во всех смыслах явлениями даёт учёным возможность проверить, как частицы тёмной материи взаимодействуют друг с другом. В процессе столкновения галактики и окружающие их гало темной материи прошли сквозь друг друга — расстояния между ними настолько велики, что вероятность лобового столкновения между любыми двумя невелика. Это говорит о том, что степень, с которой частицы темной материи взаимодействуют друг с другом — то, что учёные называют «поперечным сечением столкновения» невелика. В противном случае взаимодействие замедлило бы облака темной материи, и они оказались бы ближе к облакам раскалённого газа. В результате газовое облако оказалось в центре столкновения, а галактики и их тёмная материя оказались на противоположных сторонах, пройдя друг сквозь друга.  На тёмную материю приходится более четверти всей массы и энергии во Вселенной, поэтому выяснение её секретов, в частности её поперечного сечения столкновения и причины этих высоких скоростей, имеет важное научное значение. Несмотря на новые данные, полученные «Джеймсом Уэббом», учёные пока не в состоянии определить скорость столкновения двух скоплений галактик. «Даже с этими обновлениями требуемая скорость столкновения остаётся высокой по сравнению с ожиданиями от космологического моделирования, — сообщил участник исследования. — Напряжённость сохраняется и остаётся активной областью исследований». Астрономы постоянно находятся в процессе тщательного измерения как можно большего количества столкновений скоплений галактик, наблюдаемых со всех углов и расстояний. Возможно, в сочетании с экспериментальными данными прямых поисков тёмной материи с помощью подземных детекторов, таких как эксперимент LUX-ZEPLIN, учёные приблизятся к пониманию сути тёмной материи. Наблюдения JWST были опубликованы 30 июня в журнале The Astrophysical Journal Letters. Учёные нашли недостающую материю Вселенной — она всё время была на виду
18.06.2025 [14:45],
Геннадий Детинич
На обычную материю во Вселенной, из которой, например, состоят звёзды, планеты и люди, приходится всего 16 % вещества. Но точно локализована лишь малая часть из этого объёма. Где находится остальное вещество — вопрос, на который долгое время могли отвечать только теоретики. Новая работа учёных из Калтеха (Caltech) пролила свет на реальное распределение видимой материи во Вселенной. Фактически, они нашли её всю. 
Источник изображения: Caltech Данные о распределении обычной (барионной) материи в пространстве помог собрать радиотелескоп DSA-110 Калифорнийского технологического института (California Institute of Technology). Видимая материя излучает свет различных длин волн и поэтому может быть обнаружена. Другое дело, что, рассеявшись по невероятно большому объёму Вселенной, она в основном представляет собой «туман», который непросто обнаружить на расстояниях в сотни миллионов и миллиарды световых лет. К счастью, во Вселенной нашлись своеобразные прожекторы, которые помогли буквально высветить «пропавшее» вещество. В качестве таких маяков астрономы Калтеха использовали источники быстрых радиовсплесков (FRB). Эти всплески сами по себе остаются загадкой, но для их применения в роли прожекторов суть происхождения не важна. Главное — FRB испускают сквозь пространство мощный радиоимпульс, который преломляется при встрече с рассеянным веществом. Когда радиоволны от быстрых радиовсплесков достигают Земли, они рассеиваются на разные длины волн, подобно тому как призма превращает солнечный свет в радугу. Степень этого рассеивания — или дисперсии — зависит от того, сколько материи находится на пути распространения света. Для исследования были отобраны 69 быстрых радиовсплесков, координаты которых ранее были определены с достаточной точностью. Всего науке известно свыше тысячи таких событий, но источники большинства из них остаются неустановленными. В данной работе радиовсплески как бы «осветили» структуру распределения вещества в космическом пространстве. Самый удалённый FRB находился на расстоянии 9,1 млрд световых лет, а самый близкий — в 11,7 млн световых лет от Земли. Результаты показали, что 76 % обычной материи во Вселенной находится в межгалактическом пространстве. Около 15 % сосредоточено в гало галактик, а оставшаяся часть — внутри самих галактик, в звёздах и холодном галактическом газе. Такое распределение согласуется с прогнозами, полученными в результате сложных космологических моделей, но до сих пор не подтверждалось прямыми наблюдениями. Полученные данные помогут исследователям лучше понять, как формируются и развиваются галактики, а также продемонстрируют, как быстрые радиовсплески могут быть использованы для решения важных задач космологии — например, в определении массы нейтрино. Стандартная модель физики предсказывает, что у нейтрино не должно быть массы, однако наблюдения показывают, что она есть — пусть и крайне малая. Точное знание этой массы может привести к открытию новых физических законов, выходящих за рамки Стандартной модели. Настоящий прорыв, впрочем, ожидается с вводом в строй нового, более мощного радиотелескопа DSA-2000, который сейчас планируется к строительству в пустыне Невада. Этот инструмент сможет локализовывать до 10 000 быстрых радиовсплесков в год, что значительно усилит их ценность как инструментов для изучения обычной материи и поможет глубже понять природу самих FRB. В ядре Млечного Пути происходит что-то непонятное — в этом замешана новая форма тёмной материи, решили учёные
17.04.2025 [12:28],
Геннадий Детинич
Астрономы ищут ответы на загадки мироздания в глубинах Вселенной, но часть важных разгадок может скрываться совсем рядом — в центре нашей галактики, Млечного Пути. Там явно происходит нечто до конца не объяснённое, а это — прямой путь к открытию неизведанного. Свою версию происходящего представили исследователи из Великобритании, которые готовы помочь в поиске тёмной материи. 
Центр Млечного Пути, снятый инфракрасной камерой космического телескопа «Спитцер». Источник изображения: NASA В ядре Млечного Пути — в так называемой Центральной молекулярной зоне (ЦМЗ) шириной от 650 до 1000 световых лет — давно зафиксированы два явления, которые до сих пор не получили полного объяснения. Во-первых, там наблюдается повышенная скорость ионизации молекулярного водорода, которого в центре галактики в избытке. Во-вторых, вся область ЦМЗ светится в рентгеновском диапазоне с энергией излучения 511 кэВ. Обычно ионизацию — потерю атомом водорода электрона — объясняют вспышками сверхновых, космическими лучами и активностью сверхмассивной чёрной дыры. Но «цифры не сходятся»: область ионизируется необъяснимо быстро, как будто там есть некий скрытый источник. Что касается рентгеновского излучения с энергией 511 кэВ — это энергия покоя электрона. Обычно излучение с такой энергией возникает после аннигиляции электрона и его античастицы — позитрона. В результате возникают два гамма-фотона, каждый с энергией 511 кэВ. Эта линия также равномерно фиксируется во всей области ЦМЗ. Первое и второе явления нельзя напрямую связать, но можно выдвинуть гипотезу, которая объясняет оба. Учёные из Королевского колледжа Лондона (King's College London) провели моделирование, в котором допустили существование лёгкой формы тёмной материи. Модель не противоречит популярным космологическим гипотезам и объясняет наблюдаемые явления в центре Млечного Пути. Экспериментально обнаружить тёмную материю в земных лабораториях сложно или невозможно — просто в силу фундаментальных свойств этой гипотетической частицы, которая лишена электромагнитного взаимодействия. Но наблюдение следов таких частиц в природе, в частности в центре Млечного Пути, могло бы приблизить нас к их открытию. Такие частицы тёмной материи могут взаимодействовать со своими античастицами. В работе рассматривалось, что произойдёт, если эти лёгкие частицы тёмной материи столкнутся со своими античастицами в центре галактики и аннигилируют, образуя электроны и позитроны. В плотном газе ЦМЗ эти низкоэнергетические частицы быстро теряли бы энергию и эффективно ионизировали бы окружающие молекулы водорода, выбивая из них электроны. Поскольку эта область очень плотная, частицы не могут распространяться далеко. Вместо этого они отдают большую часть своей энергии локально, что хорошо соответствует наблюдаемому профилю ионизации. Детальное моделирование показало, что предложенный механизм может объяснить как высокую скорость ионизации, так и линии излучения 511 кэВ. В исследовании было показано, что прогнозируемый профиль ионизации, вызванной тёмной материей, удивительно ровный по всей центральной части Млечного Пути. Это важно, поскольку наблюдаемая ионизация действительно распределена относительно равномерно. Точечные источники, такие как чёрная дыра в центре галактики или космические лучи от сверхновых, не могут объяснить подобного распределения. Но его может объяснить равномерно распределённое гало из тёмной материи. Полученные результаты позволяют предположить, что центр Млечного Пути может дать новые сведения о фундаментальной природе тёмной материи. Большой адронный коллайдер собрал базу для выхода за пределы известной физики
03.04.2025 [21:16],
Геннадий Детинич
Физиков давно мучает вопрос: как наша Вселенная вообще могла развиться до звёзд, галактик и человечества? Согласно теории, во время Большого взрыва вещество и антивещество должны были возникнуть в равных количествах и аннигилировать. Однако этого не произошло, что привело к появлению наблюдаемой нами Вселенной. Антиматерия почти исчезла из нашего мира, а обычное вещество осталось и сформировало всё осязаемое в нём. Так что же пошло не так? 
Источник изображения: ИИ-генерация DALL·E 3/3DNews Согласно общепринятым теориям и многочисленным экспериментальным данным, материя и антиматерия отличаются исключительно знаками заряда. Соответственно, они подчиняются так называемой CP-симметрии (комбинированной чётности). Проще говоря, если во всей Вселенной поменять заряд всех частиц и инвертировать их пространственные координаты — своего рода создать зеркальную Вселенную из антиматерии, — то законы физики не изменятся. Однако это верно лишь в том случае, если частицы и античастицы различаются исключительно знаком заряда. И всё же такое объяснение не учитывает отсутствие антиматерии в наблюдаемой Вселенной. Если же обнаружить признаки нарушения CP-симметрии, это могло бы объяснить, почему материи и антиматерии оказалось не поровну и какие ещё, пока скрытые от нас, отличия существуют между ними. Признаки нарушения CP-симметрии у мезонов (фермионов) впервые были обнаружены в 1964 году, за что в 1980 году была присуждена Нобелевская премия по физике. Однако для барионов, составляющих подавляющее большинство видимой материи во Вселенной (в первую очередь нейтронов и протонов), такие признаки до недавнего времени не фиксировались. Их обнаружение стало бы решающим шагом к объяснению «несимметричной» Вселенной. Так было до конца марта 2025 года, когда ЦЕРН официально объявил о получении статистически значимых доказательств нарушения CP-симметрии для частиц семейства барионов. Физики коллаборации LHCb изучили данные первых двух циклов экспериментов на Большом адронном коллайдере (БАК). Они искали различия в скорости распада частиц и античастиц, таких как прелестные лямбда-барионы (Λb). Если бы эти частицы были идентичны во всём, кроме знака заряда, то отличий в их распаде не наблюдалось бы. Исследователи проанализировали 80 тысяч распадов, зафиксированных во время запусков БАК в период с 2009 по 2018 год. В результате была обнаружена разница в 2,45 % между распадами материи и антиматерии. Это составляет 5,2 стандартных отклонения (сигма), что является достаточно значимым расхождением, чтобы признать наблюдение нарушения CP-симметрии научным открытием. «Причина, по которой потребовалось больше времени для обнаружения нарушения CP-симметрии у барионов по сравнению с мезонами, заключается в размере эффекта и объёме доступных данных, — пояснил представитель коллаборации LHCb Винченцо Ваннони (Vincenzo Vagnoni). — Нам была необходима установка вроде Большого адронного коллайдера, способная производить достаточное количество прелестных барионов и их античастиц, а также эксперимент, позволяющий точно определить продукты их распада». «Чем больше систем, в которых мы наблюдаем нарушение CP-симметрии, и чем точнее измерения, тем больше у нас возможностей для проверки Стандартной модели и поиска физики за её пределами», — добавил учёный. Сезон охоты за тёмной материей и не только открыт — опубликован первый пакет данных с телескопа «Евклид»
19.03.2025 [22:23],
Геннадий Детинич
18 марта 2025 года Европейское космическое агентство опубликовало первый пакет данных наблюдений космической обсерватории «Евклид», получившей прозвище охотника за тёмной материей. Данные включают три глубоких обзора неба, проведённые за первую неделю наблюдений, общей площадью 63,1 квадратного градуса. Учёные назвали их «золотой жилой» для начала охоты за тайнами Вселенной, включая главные — поиск тёмной материи и разгадку тайны тёмной энергии. 
Жёлтые мазки на данных по Млечном Пути — это первые глубокие обзоры «Евклида». Ниже фото обзоров. Источник изображения: ESA Запущенный в космос в июле 2023 года, «Евклид» (Euclid) начал научную работу в феврале 2024 года. Первая публикация включила данные, собранные за первую неделю наблюдений: это три глубоких обзора небольших участков неба общей площадью 63,1 квадратного градуса. Это всего 0,4 % от будущего полного обзора, который охватит треть всего неба и продлится до 2030 года. Однако даже этих, казалось бы, скромных данных хватит на множество серьёзных открытий в астрономии. Глубокие обзоры трёх первых участков неба — двух в южной части нашей галактики и одного в северной — вобрали в себя 380 000 классифицированных галактик, 500 новых кандидатов в гравитационные линзы и множество других космических объектов, таких как скопления галактик и активные ядра галактик.  Впервые для поиска наиболее перспективных объектов для дальнейшего наблюдения был использован искусственный интеллект, что резко сократило время отбора кандидатов и, соответственно, время проведения научных работ. Отобранные ИИ кандидаты затем передавались гражданским учёным — волонтёрам, которые на добровольной основе классифицировали объекты, экономя тем самым время и ресурсы профессиональных исследователей. Первые элементы будущего атласа «Евклида» уже послужили основой для публикации десятков научных работ, включая исследование, посвящённое обнаружению идеального кольца Эйнштейна. Это явление возникает в результате гравитационного линзирования, когда удалённый объект и массивная галактика или скопление галактик, действующие как гравитационная линза, находятся на одной линии с наблюдателем (в данном случае с «Евклидом»).  «Евклид» стал первым космическим телескопом, поставившим обнаружение гравитационных линз на поток. Почти все из 500 найденных им гравитационных линз оказались новыми. К концу наблюдений ожидается, что обсерватория обнаружит 100 000 гравитационных линз — в 100 раз больше, чем известно сегодня. Обсерватория заглядывает в глубины Вселенной на 10,5 млрд лет назад во времени. На всей этой дистанции она выявляет особенности строения галактик. Форма или морфология галактик — расположение и вид рукавов, типы скоплений звёзд и другие детали — позволяют оценить распределение тёмной материи вокруг каждой из них. В то же время скопления и расположение галактик в системе космической паутины определяются внешним влиянием тёмной материи.  Оба этих фактора — внутренний и внешний — формируют вид галактик и их взаимное размещение. Сегодня мы не можем с уверенностью сказать, что такое тёмная материя. Однако скрупулёзно собранные «Евклидом» данные обещают помочь в разгадке этой тайны. Невидимое проявится через его глобальное воздействие на видимое вещество. 
Фрагмент одного из участков с увеличением в 70 раз Похожая ситуация складывается и с тёмной энергией. Какая-то сила заставляет несвязанные гравитацией галактики разлетаться друг от друга с ускорением. Что именно их расталкивает — остаётся загадкой. «Евклид» также поможет установить самые строгие ограничения на эту невидимую силу, создав наиболее точный набор данных о множестве галактик на огромной глубине. 
Пример ряда классифицированных галактик из первого обзора Работа с первыми данными обсерватории уже началась. В 2026 году ожидается публикация отчёта за первый год работы «Евклида», который включит 2 Пбайт данных. Сегодняшний обзор на этом фоне может показаться скромным — всего 35 Тбайт, но это информация лишь за одну неделю наблюдений. Над каждым из уже пройденных участков неба «Евклид» пройдёт от 30 до 50 раз, каждый раз повышая разрешение и улучшая качество снимков. К 2030 году это будет самый полный и подробный каталог галактик, равных которому нет и, вероятно, ещё долго не будет. Лазерный луч впервые превратили в сверхтекучее твёрдое тело
07.03.2025 [11:27],
Геннадий Детинич
Учёные провели интересный эксперимент по получению новой фазы вещества — сверхтекучего твёрдого тела (Supersolid). Но самое ценное в этом исследовании — то, что вещество было получено путём превращения в него лазерного луча. Ранее в состояние сверхтекучего твёрдого тела учёные переводили более материальные субстанции, например газы. Со светом такой эксперимент проведён впервые, что может дать новые подсказки в поиске ответов о сущностях квантового мира. 
Источник изображения: ИИ-генерация Grok 3/3DNews Состояние сверхтекучего твёрдого тела представляет собой сочетание твёрдых свойств с характеристиками сверхтекучей жидкости. Обычно такие состояния наблюдали у сверхохлаждённого гелия. Молекулы газа располагались в подобии кристаллической решётки, что позволяет относить supersolid-состояния к кристаллическим. В общем случае такие материалы характеризуются отсутствием вязкости, что также было подтверждено в эксперименте. Чтобы создать сверхтекучее твёрдое вещество, исследователи направили лазер на пластину арсенида галлия, на которой были нанесены специальные бороздки. Когда свет попадал на эти бороздки, взаимодействие между ним и материалом приводило к образованию поляритонов — особых гибридных частиц, которые удерживались в бороздках заранее заданным образом. Это заставляло поляритоны выстраиваться в кристаллическую структуру и, таким образом, проявлять свойства сверхтекучего твёрдого тела, о чём учёные рассказали в свежем выпуске журнала Nature. 
Источник изображения: Nature 2025 Группа исследователей планирует продолжить работу с новой фазой вещества, созданной из света, чтобы глубже изучить его структуру. Учёные отмечают, что новое состояние вещества, сформированное из света, может быть проще в исследовании, чем материалы, состоящие из атомов. Это, в свою очередь, поможет лучше понять природу материи в целом. Учёные установили самые строгие ограничения на время жизни тёмной материи
01.03.2025 [19:20],
Геннадий Детинич
Искать тёмную материю — это как искать чёрную кошку в тёмной комнате, особенно если её там нет. Но тёмная материя, похоже, всё же существует во Вселенной, какой бы она там ни была. И теперь учёные установили самые строгие ограничения на время её существования. Ведь в науке, даже не обнаружив чего-то, можно сделать далеко идущие выводы. Например, какова частота распада тёмной материи или сколько она может прожить во Вселенной. 
У тёмной материи свой спектр, что даёт шанс её обнаружить. Источник изображения: Tokyo Metropolitan University Открытие сделала команда учёных из Токийского столичного университета (Tokyo Metropolitan University). Они впервые скомбинировали модели тёмной материи и наблюдения с помощью самых современных спектрометров. Учёные сосредоточились на поиске лёгкой версии тёмной материи — так называемых ALP-частиц или аксионоподобных частиц. Это одни из многообещающих кандидатов на роль тёмной материи, модели которых хорошо проработаны. Одним из ожидаемых свойств ALP-частиц считается спонтанный распад с испусканием света (фотонов). Учёные исходили из того, что спектр света от распада ALP-частиц будет несколько отличаться от обычного спектра, например, от рассеянного зодиакального света или от свечения нагретой Солнцем атмосферы Земли. Это ближний инфракрасный диапазон, в котором ALP-частицы после распада должны испускать характерные спектры. Проблема в том, что ближний инфракрасный свет перегружен помехами. Учёные из Японии разработали методику наблюдения, которая в сочетании с новейшими спектрографами ближнего инфракрасного диапазона могла бы помочь находить узкие спектры, сопровождающие распад ALP-частиц. Исследователи воспользовались спектрографом WINERED на 6,5-м телескопе Magellan в Чили. В будущем они надеются получить доступ к спектрографам космического телескопа Джеймс Уэбб. Они собирали свет от двух карликовых галактик-спутников Млечного Пути: Leo V и Tucana II. Анализ не выявил признаков распада частиц тёмной материи (ALP-частиц), зато позволил установить ограничения на нижний порог продолжительности её жизни или на верхнюю частоту распада. Новая и самая строгая на сегодня нижняя граница жизни ALP-частиц в секундах — это 10 с 25–26 нулями, или от 10 до 100 миллионов раз больше возраста Вселенной. И хотя каждая отдельная частица тёмной материи может жить, как кажется, вечно по сравнению с Вселенной, по законам квантовой физики они всё же распадаются, а это шанс обнаружить их присутствие и закрыть вопрос столетия в астрофизике. Учёные отказали частицам тёмной материи в возможности быть сверхтяжёлыми
21.01.2025 [13:13],
Геннадий Детинич
Получение первых экспериментальных доказательств существования бозона Хиггса около десяти лет назад позволило сделать новый шаг в понимании устройства Вселенной. Бозон Хиггса перестал быть гипотезой, и на этом основании можно продолжить строить наши знания об окружающем нас мире. Например, попытаться обнаружить гипотетическую частицу тёмной материи, для которой бозон Хиггса может оказаться единственным мостиком между видимым и невидимым веществом. 
Художественное представление о тёмной материи. Источник изображения: Axel Mellinger, Central Michigan University Так, на сайте препринтов arXiv появилась статья, которая отказывает гипотетическим частицам тёмной материи в возможности быть слишком тяжёлыми. Учёные обоснованно доказывают невозможность такого развития событий, опираясь на недавнее открытие бозона Хиггса. До получения твёрдых свидетельств его существования особого смысла в дальнейшем поиске не было, но теперь этот путь открыт. До сих пор учёные искали частицы тёмной материи в диапазоне масс 10–1000 ГэВ (гигаэлектронвольт). Это укладывалось в рамки Стандартной модели элементарных частиц и помещало частицу тёмной материи в один ряд по массе с топ-кварками и W-бозонами — самыми тяжёлыми из известных элементарных частиц. Открытие в 2012 году на Большом адронном коллайдере бозона Хиггса с массой около 125 ГэВ позволило наложить фундаментальные ограничения на массу предполагаемых частиц тёмной материи. Большинство моделей предполагает (и это согласуется с рамками Стандартной модели), что в процессе взаимодействия с частицами бозон Хиггса придаёт им массу и изменяет собственную. Это означает, что слишком тяжёлые частицы тёмной материи оказали бы настолько разрушительное воздействие на бозон Хиггса, что это разрушило бы все наши устоявшиеся представления об устройстве Вселенной. Сверхтяжёлые частицы тёмной материи можно было бы допустить лишь в случае их полной изоляции от взаимодействия с бозоном Хиггса и, следовательно, с видимым веществом, а также при наличии какого-либо экзотического механизма взаимодействия. Всё это заставляет отклонить путь поиска сверхтяжёлых частиц тёмной материи как маловероятный и направить поиски в сторону лёгких кандидатов, например, аксионов. Тёмная материя стала необходимой для объяснения загадок Вселенной — ускоренного вращения звёзд вокруг центров галактик и движения галактик в скоплениях вокруг общего центра масс. Очевидно, что вокруг нас происходит нечто необъяснимое с позиций современных знаний об устройстве мира. Учёные подозревают, что в мире существует материя, которая очень слабо и редко взаимодействует с видимой материей исключительно гравитацией. Она заставляет обычное вещество собираться быстрее и влияет на эволюцию Вселенной. С поиском тяжёлых кандидатов на эту роль не сложилось, поэтому учёные теперь сосредотачиваются на поиске лёгких частиц. Для открытия тёмной материи учёным потребуется всего 10 секунд, а также близкая сверхновая и вагон удачи
27.12.2024 [12:06],
Геннадий Детинич
Учёные уверяют, что от открытия тёмной материи нас отделяют считанные секунды. Подвох в том, что обнаружить её можно в строго заданных условиях и только с помощью одного инструмента — гамма-телескопа «Ферми». Неизвестными остаются место и время, куда и когда необходимо направить этот инструмент. Это как сыграть в лотерею с шансами выиграть 1 к 10. Но можно «сжульничать» и добиться нужного результата. 
Остатки последней близлежащей сверхновой, взорвавшейся в феврале 1987 года. Источник изображения: NASA Искать учёные предлагают аксионы — гипотетические частицы, предложенные ещё в 70-х годах прошлого века для устранения ряда противоречий в физике элементарных частиц. Позже оказалось, что аксионы подходят на роль тёмной материи. Они не имеют заряда и обладают крайне малой массой — в миллиарды раз легче электронов. Одно из предсказанных свойств аксионов — это их распад в сильном магнитном поле с испусканием фотонов. Именно по этому признаку аксионы пытаются искать в лабораторных условиях. Однако таких энергий, как в космосе, в лаборатории создать невозможно. Поэтому учёные надеются обнаружить аксионы в природных условиях Вселенной. Перспективными источниками аксионов считаются нейтронные звёзды. Частицы могут рождаться в невероятно мощном гравитационном поле этих объектов, а сильнейшее магнитное поле звёзд создаёт подходящую среду для распада аксионов. В одной из предыдущих работ астрономы предлагали искать слабое добавочной свечение нейтронных звёзд как признак окружающего эти объекты облака из аксионов. В новой работе учёные из Калифорнийского университета в Беркли (University of California, Berkeley) заявляют, что наилучший момент для обнаружения аксионов — это взрыв ближайшей к Земле сверхновой. Не нужно ждать, пока сверхмассивная звезда на исходе своей жизни коллапсирует до состояния нейтронной. Расчёты показывают, что в первые 10 секунд взрыва будет выброшено множество аксионов. Это позволит решить проблему тёмной материи и раскрыть ряд других загадок космологии. Сегодня подобное событие и частицы способен уловить космический гамма-телескоп «Ферми». Главная проблема в том, что он должен быть направлен на сверхновую в момент её рождения, а шансов на это немного. 
Схема предложенного эксперимента по поиску аксионов Близкие к Земле сверхновые появляются нечасто — примерно раз в 50 лет. Одна такая вспыхнула в 1987 году. Следующая сверхновая может появиться в любой момент. Вопрос с тёмной материей и аксионами можно решить быстро и навсегда, но только если заранее подготовиться. Учёные считают, что для этого стоит вывести в космос флот небольших гамма-телескопов, которые обеспечат 100-процентное покрытие неба. Тогда первая же близкая сверхновая предоставит достоверные данные о существовании аксионов и их массе (энергии). Мы можем потратить десятилетия на раскрытие загадки тёмной материи или найти решение за 10 секунд. Даже отрицательный результат будет полезен, наложив ограничения на массу гипотетических частиц и значительно продвинув физику вперёд. «Джеймс Уэбб» невольно поддержал альтернативную теорию гравитации
13.11.2024 [16:12],
Геннадий Детинич
Примерно 60 лет назад начала оформляться теория тёмной материи как нерегистрируемого вещества, играющего главную роль в зарождении объектов во Вселенной. Согласно принятой в космологии модели лямбда-CDM, звёзды и галактики на заре времён образовались благодаря «кучкованию» тёмной материи и концентрации вещества вокруг её сгустков. Альтернативной теорией стала модель MOND с переменной гравитацией. «Уэбб», говорят сторонники MOND, играет на их стороне. 
Источник изображения: NASA Инфракрасная обсерватория им. Джеймса Уэбба далеко заглянула в раннюю Вселенную. Согласно модели Лямбда-CDM, первые галактики начали оформляться через 300–400 млн лет после Большого взрыва. В их формировании (и в зарождении звёзд) ключевую роль сыграла тёмная материя, благодаря которой обычное вещество собралось вместе и под действием гравитации сначала породило звёзды, а потом галактики, скопления галактик и сверхскопления галактик. Если бы эта теория была верна, говорят сторонники модели MOND (Модифицированная ньютоновская динамика), то «Уэбб» увидел бы в ранней Вселенной слабые и тусклые галактики, которые превратились бы в яркие объекты намного позже — через миллиард и более лет после Большого взрыва. Вместо этого «Уэбб» раз за разом находит на рубеже 500–900 млн лет после Большого взрыва большие, яркие и развитые галактики, похожие, например, на Млечный Путь. Такое может объяснить только модель MOND, в которой не предусмотрен «костыль» в виде тёмной материи. Чтобы подтвердить это, один из давних сторонников MOND — американский учёный Стейси Макго (Stacy McGaugh), провёл моделирование с учётом собранных «Уэббом» данных. Модель просчитала процесс роста множества галактик с учетом лямбда-CDM и MOND. Расчёт показал, что модель лямбда-CDM не смогла предсказать рост галактик до наблюдаемых «Уэббом», а MOND справилась с этой задачей ощутимо лучше. По мнению учёного, это доказывает, что поиски тёмной материи — пустое дело. Необходимо искать признаки MOND — изменений гравитации в зависимости от скоростей объектов. |
© 1997—2025 Электронное периодическое издание "3ДНьюс" | Свидетельство о регистрации СМИ Эл ФС 77-22224
выдано Федеральной Службой по надзору за соблюдением законодательства в сфере массовых коммуникаций и охране культурного наследия
При цитировании документа ссылка на сайт с указанием автора обязательна. Полное заимствование документа является
нарушением
российского и международного законодательства и возможно только с согласия редакции 3DNews.
MWC 2018
2018
Computex
IFA 2018
