Опрос
|
реклама
Быстрый переход
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. Учёные снова пытаются опровергнуть уравнения Эйнштейна, описывающие Вселенную — пока вышло на «троечку»
13.11.2024 [13:32],
Геннадий Детинич
Франко-швейцарская группа учёных попыталась на фактическом материале проверить верность уравнений Эйнштейна, описывающих Вселенную. Для этого они воспользовались данными обзора Dark Energy Survey за первые три года наблюдений. Анализ влияния 100 млн галактик на пространство-время дал отклонения от предсказаний Эйнштейна на 3 сигма, чего недостаточно для открытия, но хватило для зарождения сомнений в верности уравнений великого учёного. 
Источник изображения: ИИ-генерация Кандинский 3.1/3DNews Как предсказал в 1915 году Эйнштейн, гравитация — это нечто большее, чем сила всеобщего тяготения, о чём говорил Ньютон и его законы. В 1919 году в ходе прямого измерения отклонения света звёзд Солнцем (его гравитацией) уравнения Эйнштейна были подтверждены наблюдением. С тех пор только ленивые учёные не пытаются опровергнуть Альберта Эйнштейна, который ввёл в метрику гравитации искажение не только пространства, но и времени. Пока уравнения Эйнштейна, являющиеся частью Общей теории относительности, остаются незыблемыми. Исследователи из университетов Женевы (UNIGE) и Тулузы (III университет имени Поля Сабатье) воспользовались первыми данными обзора Dark Energy Survey, чтобы проверить уравнения Эйнштейна с помощью наблюдений за 100 млн галактик. Данные получены по объектам на удалении 3,5, 5, 6 и 7 млрд лет назад. По словам учёных, это первый анализ данных о влиянии масс галактик одновременно на пространство и время. Согласно теории Эйнштейна, материя создаёт искривление пространства-времени тем больше, чем больше масса. Обычно это иллюстрируют помещением тяжёлого шара на эластичную поверхность, которую тот продавливает тем сильнее, чем он тяжелее — это принято называть гравитационными колодцами. Следует лишь помнить, что материя искажает пространство во всех направлениях в трёх измерениях, поэтому колодец на самом деле — это, скорее, шар или шарообразный объём в пространстве-времени. Но это детали. Из уравнений Эйнштейна можно рассчитать, насколько свет преломится — произойдёт гравитационное линзирование, когда он минует скопления масс. И если в этих расчётах появится отклонение от наблюдаемых, то Вселенная может оказаться совсем не такой или не везде такой, как предсказывал Эйнштейн. Из данных Dark Energy Survey учёные вывели, что на удалении 6 и 7 млрд лет от нас уравнения Эйнштейна, можно сказать, безупречны. На удалении 3,5 и 5 млрд лет от нас появились отклонения между наблюдениями и расчётами. Отклонения составили 3 сигма, тогда как значимым результатом принято считать отклонения в 5 сигма. По мнению исследователей, существенные отклонения результатов наблюдений от предсказаний заставляют усилить интенсивность работ на этом направлении. Отличия стали наблюдаться на этапе, когда Вселенная начала ускоренно расширяться. «Гравитационные колодцы» на этом отрезке стали мельче — гравитация стала слабее проявлять себя. За ускоренное расширение Вселенной отвечает тёмная энергия — неизвестная субстанция или свойство Вселенной, а может быть, даже, гравитация, раз изменения начали наблюдаться в связи друг с другом. Уравнения Эйнштейна описывают нашу Вселенную (Вселенная Фридмана) и любые другие версии Вселенных. Обнаружение в них изъяна стало бы открытием огромного значения и помогло бы ответить на много вопросов об устройстве мироздания. Следы тёмной материи могут быть у каждого на столе, заявили учёные и рассказали, как их искать
01.11.2024 [20:16],
Геннадий Детинич
Известно, что потерянные ключи удобнее всего искать под фонарём, а не там, где их потеряли. Примерно так можно охарактеризовать метод поиска тёмной материи, предложенный физиком Политехнического университета Виргинии (Virginia Tech) Всеволодом Ивановым. Учёный разработал методику обнаружения следов тёмной материи в земных породах возрастом миллиарды лет без ускорителей, космических телескопов и других приборов наблюдения за Вселенной. 
Источник изображения: ИИ-генерация Кандинский 3.1/3DNews Следы тёмной материи можно найти в земной лаборатории в комфортных, в общем-то, условиях. Как под пресловутым фонарём. Строго говоря, эта идея палеодетектирования возникла лет сорок назад. Но тогда её было невозможно реализовать в виде эксперимента. Учёные предположили, что на этапе формирования Земли её породы, так или иначе, взаимодействовали с тёмной материей. Следует сразу сказать, что таким образом исследователи намерены искать следы гипотетической частицы вимп (WIMP). Вимпы, если они существуют в природе как воплощение тёмной материи, взаимодействуют с материей гравитацией и слабым ядерным взаимодействием. Именно последнее даёт шанс обнаружить следы вимпов. При взаимодействии с материалами земных пород на этапе формирования нашей планеты вимпы оставили бы след в их кристаллических решётках, создавая в них характерные дефекты. Эти дефекты можно попытаться выявить с помощью визуализации и 3D-моделирования. Наиболее перспективным методом оказался метод микробиологической визуализации, которая используется для моделирования мельчайших деталей нервной системы животных. Ещё одной проблемой стала радиация. Древние породы сильно фонят, создавая сигналы, которые маскируют потенциальные следы взаимодействия тёмной материи с атомами и ядрами пород. Чтобы обойти эту трудность учёные предложили исследовать слаборадиоактивные осадочные породы галиты. К таким породам, например, относится обычная каменная соль. «Команда уже приступила к созданию 3D-изображений треков частиц высокой энергии в синтетическом фториде лития. Из этого искусственного кристалла не получится хорошего детектора тёмной материи, но он поможет установить полный спектр сигналов, сохранив кристалл неповрежденным», — сказал Патрик Хубер (Patrick Huber ), физик из Virginia Tech. Наблюдение за сверхкомпактными карликовыми галактиками опровергло популярные модели тёмной материи
27.09.2024 [10:48],
Геннадий Детинич
Новая работа международной группы астрономов привела к сенсационному выводу: наука до сих пор имела в корне неправильное представление о природе тёмной материи. Большинство моделей тёмной материи предполагает, что она взаимодействует с обычным веществом лишь в пределах гравитации. Наблюдение за шестью сверхкомпактными карликовыми галактиками недалеко от нас показало, что тёмная материя ещё как-то воздействует на вещество. 
Симуляция распределения тёмной и обычной материи. Источник изображения: Коллаборация TNG Невидимой в космосе может быть и обычная материя. Особенность тёмной материи в том, что она никак не взаимодействует с электромагнитным излучением: не поглощает, не отражает и не рассеивает его. Поэтому тёмную материю нельзя обнаружить ни в одном диапазоне, доступном земной науке. Только гравитация больших облаков тёмной материи помогает заподозрить её присутствие в пространстве — она преломляет проходящий рядом свет, как линза. Но для эволюции Вселенной, галактик и всего остального материального мира тёмная материя необходима, как воздух человеку. Во времена младенчества Вселенной она инициировала концентрацию вещества и способствовала рождению сначала звёзд, а затем галактик. Тёмная материя присутствует повсеместно, но это не делает её легко обнаруживаемой. Однако теперь появился шанс поискать внимательнее. Новое наблюдение заставляет предположить, что тёмная материя взаимодействует с обычным веществом каким-то иным способом, помимо гравитации. Учёные провели детальный обзор шести сверхкомпактных карликовых галактик, соседствующих с Млечным Путём. Поскольку масса этих галактик была явно больше, чем масса обнаруживаемых в них звёзд, это указывало на присутствие в них тёмной материи. Идея заключалась в том, что расположение звёзд в галактиках будет различаться в зависимости от того, взаимодействуют они с тёмной материей только через гравитацию или также каким-то другим, неизвестным нам способом. 
Разница в распределении звёзд по галактике в случае наблюдения (обозначено синим) и если бы тёмная материя никак кроме гравитации не воздействовала на вещество (оранжевым) Если бы тёмная материя воздействовала на звёзды исключительно посредством гравитации, часть звёзд собралась бы в центре галактик плотной группой, а на периферии наблюдалось бы значительное разрежение. Однако, если бы тёмная материя и обычное вещество испытывали дополнительное воздействие друг на друга, звёзды распределились бы более равномерно по всему диску галактики. В этом случае что-то могло бы препятствовать их скапливанию ближе к центру. Наблюдения за реальными галактиками как раз и показали, что звёзды распределились по галактикам равномерно. Иначе говоря, тёмная материя воздействует на обычное вещество не только посредством гравитационного притяжения. Это открытие даёт основание для разработки экспериментов по обнаружению других видов взаимодействия тёмной и обычной материи, помимо гравитации. Не исключено, что ранее эта возможность не рассматривалась всерьёз большинством учёных, и в этом направлении работали лишь энтузиасты. Теперь появилась интрига, которая способна разжечь интерес научного сообщества к поиску ответов на загадки тёмной материи в новом направлении. |
© 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
