На информационном ресурсе применяются рекомендательные технологии (информационные технологии предоставления информации на основе сбора, систематизации и анализа сведений, относящихся к предпочтениям пользователей сети "Интернет", находящихся на территории Российской Федерации)

Космос

8 383 подписчика

Свежие комментарии

  • Сергей Бороздин
    Мой алгоритм - в статье на Самиздат и дзен "Библия как научный источник истории Мира"Единый алгоритм э...
  • дмитрий Антонов
    прошу прощения, меня тут небыло давно. А где Юрий В Радюшин? с Новым 2023 годомБыл запущен первы...
  • дмитрий Антонов
    жаль, что тема постепенно потерялась. а ведь тут было так шумно и столько интересного можно было узнать, помимо самих...Запущен CAPSTONE ...

PAMELA нащупала что-то тёмное

Инструменту PAMELA на борту российского спутника-разведчика удалось найти первые вещественные свидетельства существования во Вселенной тёмной материи. Какой именно она должна быть и не ошиблись ли авторы в интерпретации данных, теперь должен показать космический телескоп имени Ферми.

 В номере Nature, вышедшем в четверг, опубликована статья большой группы учёных из Италии, России, Швеции и Германии, работающих в рамках проекта PAMELA (Payload for Antimatter Matter Exploration and Light-nuclei Astrophysics, бортовое оборудование для исследования антиматерии и астрофизики лёгких ядер) на борту российского спутника-разведчика «Ресурс-ДК». Статья описывает обнаружение избытка позитронов (антиэлектронов) в составе космических лучей с энергией от 10 до 100 гигаэлектрон-вольт (ГэВ).

 Невзрачный, казалось бы, наблюдательный факт на деле стал одной из главных научных сенсаций последнего времени в астрономии и физике. Многие учёные рассматривают его, как лучшее экспериментальное свидетельство существования тёмной материи.

Притом речь идёт именно о «вещественном» доказательстве – спутник физически «щупал» самые настоящие позитроны, влетевшие в его измерительную аппаратуру. Прежние аргументы в пользу тёмной материи были косвенными и основывались скорее на отсутствии чего-то должного, чем на наличии чего-то неожиданного. Впрочем, авторы работы не спешат с выводами и пока предъявили лишь голые факты.

Ничего подобного в истории астрофизики до сих пор не случалось, и Nature, который старается хранить свои публикации в секрете вплоть до их выхода в печать, позволил коллаборации PAMELA разместить данные в архиве электронных препринтов Корнельского университета за полгода до публикации. «Газета.Ru» тогда подробно описывала результаты эксперимента.

Лишние позитроны

Почему эти результаты вообще так возбудили учёных? Конечно, позитронов нет в обычном веществе – в состав атомов, из которых состоят звёзды, планеты и все мы, входят их античастицы – электроны. Но среди космических лучей антиэлектроны обнаружили много лет назад, и образуются они вполне естественным образом, при взаимодействии иных частиц друг с другом. Такие позитроны называются вторичными.

 

Однако таких вторичных позитронов относительно электронов должно становиться всё меньше и меньше с увеличением энергии. PAMELA и ряд менее точных экспериментов, проводившихся ранее, нашла прямо противоположную картину – начиная с энергии в несколько ГэВ позитронов становится всё больше и больше. При 10 ГэВ их примерно 6% от смеси электронов-позитронов, при 20 ГэВ – 10%, а при 100 ГэВ – все 15% против примерно 2%, которые предсказывает теория. Дальше статистики, собранной PAMELA, пока не хватает для надёжного определения доли позитронов и электронов – таких энергичных частиц в космосе вообще мало.

Следы гибели

Одним из наиболее вероятных кандидатов на его роль считают частицы тёмной материи. Эту загадочную субстанцию астрономы косвенно обнаружили ещё в 30-х годах прошлого века. Американский швейцарец Фриц Цвикки, наблюдая далёкие скопления галактик, выяснил, что галактики движутся в них слишком быстро и давно должны были бы разлететься в разные стороны. Притяжения всего того вещества, что наблюдал Цвикки, не хватало, чтобы поддерживать порядок в скоплениях, и он предположил, что существует какая-то дополнительная тёмная материя.

Позднее список мест, в которых находили косвенные следы присутствия какой-то скрытой массы, только рос, и сейчас учёные уверены, что общая масса тёмного вещества во Вселенной минимум в 4-5 раз превосходит массу вещества обычного. В то же время список кандидатов на его роль потихонечку сокращался. За 70 с лишним лет из него один за одним выбыли старые звёзды, тёмные планеты, большое число чёрных дыр, массивные нейтрино и ещё уйма других кандидатов. Дошло до того, что астрономы всерьёз (а физики почти всерьёз) обсуждают возможность внести изменения в сами законы гравитации, из которых косвенно выведено существование тёмной материи.

Однако основной всё-таки остаётся точка зрения, согласно которой тёмная материя – это просто какие-то частицы за пределами Стандартной модели физики элементарных частиц. Частицы тёмного вещества очень слабо или вовсе не взаимодействуют с обычным веществом, но вполне способны чувствовать тяготение и сами создавать гравитационное поле. Излюбленным кандидатом в «кирпичики» тёмной матери является самая лёгкая стабильная частица из того сонма, который может находиться за пределами Стандартной модели, – просто потому, что все остальные частицы этого сонма, если они есть, могут распасться в самую лёгкую.

По мнению сторонников этой точки зрения, позитроны, которые нашла PAMELA, – это следы гибели этой самой лёгкой частицы, следы её выхода из «тёмного сектора», распада на частицы обычной материи. Одной из таких частиц как раз и является позитрон.

Тёмный мир

Лишь в прошлом году появились первые указания на ограниченность «священной» модели. Учёные, работающие на коллайдере «Тэватрон» в США, опубликовали отчёт о странном сигнале в данных по столкновениям протонов и антипротонов. Они увидели загадочные «струи» частиц, выходящие из, казалось бы, пустого пространства, где частицы рождаться не должны.

Как раз в это время были опубликованы и данные PAMELA, и оказалось, что при определённом усердии две загадки можно разрешить в один присест. Правда, для этого приходится предположить существование целого «тёмного мира», в котором действуют свои «тёмные силы» и даже могут существовать достаточно сложные «тёмные структуры» – например, «тёмные атомы».

Если между частицами тёмного вещества действуют свои собственные «тёмные силы», то они могут притягиваться друг к другу в достаточном количестве, чтобы объяснить наличие большого числа позитронов. Возникают они при аннигиляции частиц тёмной материи, несущих положительный и отрицательный «тёмные заряды», друг с другом.

Аннигиляция или распад?

Впрочем, аннигиляция – не единственный возможный механизм. Возможно, та самая легчайшая частица за пределами Стандартной модели от природы нестабильна и по прошествии большого времени (порядка возраста Вселенной) сама распадается на частицы обычного вещества.

Теория скучивания тёмной материи предсказывает, что её распределение должно быть неоднородным почти во всех пространственных масштабах. Образующие огромные скопления галактики погружены в гало из тёмной материи, которые состоят из меньших по размерам, но более плотных «субгало», а те, в свою очередь, – из «мини-гало». Такая иерархия продолжается вплоть до объектов с массой меньше, чем у Земли, нижнюю границу этой лестницы определяют как раз неизвестные микроскопические свойства частиц тёмной материи.

Строение всех таких гало примерно одинаково, и если теория не врёт, должно описываться эмпирическим законом Наварро, Френка и Уайта; такой закон следует из численных расчётов и, похоже, работает в случае самых крупных гало. Плотность в таких гало растёт к центру по хорошо известной формуле, а это позволяет предсказать и внешний вид гамма-излучения, которое должны испускать гало при распаде частиц тёмной материи или при их аннигиляции.

В случае, если речь идёт об аннигиляции, центр гало будет существенно ярче, чем если бы частицы распадались сами по себе, поскольку яркость будет пропорциональна квадрату плотности, а не её первой степени. Наблюдения на телескопе Ферми могут разрешить эту загадку. Пока запущенный прошлым летом космический аппарат собирает данные, и видит ли он вообще хотя бы одно гало, говорить рано.

Впрочем, некоторые учёные вообще не уверены, что сигнал PAMELA – от тёмной материи. В принципе, позитроны могут рождаться в сильнейшем магнитном поле нейтронных звёзд или в каких-то других астрофизических источниках. А некоторые учёные даже ставят под сомнение само понятие «избытка позитронов».

Недостатки в избытке

Например, влиятельные израильские специалисты по астрофизике высоких энергий Нир Шавив, Эхуд Накар и Цви Пиран в феврале опубликовали работу, в которой утверждают, что кажущийся «избыток» – естественное следствие неравномерного распределения источников космических лучей. По их мнению, речь скорее идёт о недостатке электронов, чем об избытке позитронов.

По словам Пирана и его коллег, уж электроны-то точно первичны. И если они рождаются довольно далеко от нас, то как раз высокоэнергичных электронов на Земле будет недоставать – они просто потеряют большую часть энергии по дороге к нам. А вот вторичные позитроны образуются по большей части при взаимодействии протонов с межзвёздным веществом; такие встречи часто происходят и в окрестностях Солнца.

По расчётам израильских учёных, если типичное расстояние до источника космических лучей – около килопарсека, то как раз начиная с энергии в 1 ГэВ электронов будет становиться всё меньше. И как раз 1 килопарсек – характерный масштаб расстояний между активными остатками сверхновых, считающихся главными источниками галактических космических лучей.
ТЕКСТ: Артём Тунцов
Источник

: http://www.gazeta.ru/science/2009/04/02_a_2969361.shtml

Картина дня

наверх