Гипотезу "темной материи" помогут проверить пульсары

"Темная" гипотеза

Растущие противоречия между теорией и результатами астрономических наблюдений ученые в настоящее время пытаются объяснить с помощью гипотезы о наличии невидимой материи, которая наполняет Вселенную. Она выдаёт себя лишь гравитационным притяжением, действующим также на обыкновенное вещество, и превышает его количество примерно в 6 раз.

Из чего состоит тёмная материя и существует ли она вообще – один из самых волнующих вопросов в современной физике и астрономии, от которого зависит ныне судьба привычной нам картины мироздания.

Самая распространённая точка зрения заключается в том, что тёмная материя состоит из «диковинных» субатомных частиц. Разнообразные теории предлагают на рассмотрение целый выводок кандидатов на эту роль, с такими наименованиями, как нейтралино, аксионы, гравитоны и пр.

Нейтралино, к примеру, - детища суперсимметрии - теории, пытающейся объединить все известные в физике силы, за исключением гравитации, и постулирующей, что знакомые нам частицы, такие как электроны и нейтроны, имеют более массивных двойников.

Но астрономические наблюдения до сегодняшнего дня не позволяют учёным сделать окончательный выбор. Лабораторные эксперименты, предпринятые для выявления фракции тёмной материи, также не принесли результата.

Учёные из университета штата Висконсин, США, под руководством Этана Сигеля (Ethan Siegel) ищут новый способ обнаружения сгустков тёмной материи, возможно, дрейфующих неподалёку.

Пульсар - критерий истины

Их работа основывается на рассмотрении сверхплотных звездных остатков, известных как пульсары. Радиоимпульс вращающегося пульсара достигает Земли с такой регулярностью, что пульсар может конкурировать с атомными часами.

Согласно теории относительности Эйнштейна, любой объект обладающей массой, пусть даже состоящий из тёмной материи, искривляет пространство-время вокруг себя. Это означает, что если сгусток тёмной материи движется на пути радиоимпульса от пульсара к Земле, он плавно меняет время его прихода к наблюдателю.

Измеряя время прихода сигнала с высокой точностью, можно попытаться обнаружить сгустки тёмной материи на его пути, сообщает команда Сигеля. “Возможно, такое событие уже имело место, и информация содержится в данных, но никто не искал её в них до сих пор” – заявил Сигель журналу New Scientist.

Тёмная материя начала сжиматься в сгустки вскоре после Большого взрыва. Многие из них объединялись и образовывали более протяжённые структуры, такие как массивные облака тёмной материи, в которые погружены галактики.

Но большое количество малых сгустков так никогда и не слились и, должно быть, блуждают по нашей Галактике, считает Сигель. По его оценкам около 100 триллионов таких невидимых облаков, каждое весом от 20, до нескольких тысяч земных масс, могут скитаться по Млечному Пути.

"Мы даже предполагаем, что таких сгустков тёмной материи больше, чем звёзд в галактике, – сказал Сигель в своём интервью. - Не исключено, что самым интригующим окажется то, что наблюдения пульсаров могут прояснить вопрос о составе тёмной материи. Это связано с тем, что масса частиц, из которых она состоит, и их склонность к взаимодействию друг с другом, влияет на плотность облаков тёмной материи.

Чем плотнее объект, тем быстрее должна меняться интенсивность сигнала от пульсара. К примеру, аксионы должны образовывать более плотные облака, чем нейтралино. В таком случае, мы, возможно, сможем определить, состоит ли тёмная материя из аксионов, или из чего другого".

Распределение размеров сгустков тёмной материи также должно зависеть от её состава. Если она состоит из частиц, предлагаемых теорией суперсимметрии, таких как нейтралино, на массу сгустков должно накладываться ограничение снизу в 20 земных масс.

Однако авторитетный специалист по пульсарам, лауреат Нобелевской премии, Джозеф Тейлор (Joseph Taylor) из Принстонского университета, США, считает, что обнаружение сгустков тёмной материи таким методом будет очень сложной задачей. “Пульсарный тайминг на таких точностях не прост” – сказал он в интервью New Scientist, – "не думаю, что удастся достоверно их обнаружить”.

Всё же, он не исключает такой возможности. Даже если обнаружить сгустки не удастся, можно будет установить верхний предел скученности тёмной материи в нашей Галактике.

Фредерик Жанет (Frederick Jenet) из Техасского университета, исследующий пути, которыми гравитационные волны могут влиять на сигналы от пульсаров, также считает возможным выяснение предела на частоту подобных явлений.

“Любой способ, который может хотя бы с некоторой вероятностью помочь в выяснении природы тёмной материи, чрезвычайно важен” – считает Джереми Острайкер (Jeremiah Ostriker) из Принстона.

В России подобные исследования проводятся в Пущинской радиоастрономической обсерватории под руководством Ю.П. Илясова. По результатам тайминга пульсаров на 64-метровом телескопе неподалёку от г. Калязина, строится шкала пульсарного времени. Возможности обнаружения гравитационных волн и тёмной материи также исследуются в г. Пущино.

Леонид Зотов / R&D.CNews