Астрономы научились использовать звёзды как спидометры для тёмной материи

Большая часть массы Млечного Пути приходится на тёмную материю.
Иллюстрация R. Hurt (SSC), JPL-Caltech, NASA.

Учёные выяснили, что скорость частиц тёмной материи можно определить, наблюдая за самыми древними звёздами в окрестностях Солнца. Такой результат изложен в научной статье, опубликованной в журнале Physical Review Letters.

Напомним, что тёмная материя пока наблюдается лишь благодаря её гравитации. Учёные спорят о природе этой субстанции. Менйстримом является мнение, что она состоит из неизвестных науке частиц, но эксперименты по их прямому обнаружению пока не дали результата.

В новом исследовании предлагается выяснить скорость частиц тёмной материи, наблюдая за "светлой материей". А именно – за самыми древними звёздами.

"По сути, эти старые звезды действуют как видимые спидометры для невидимой тёмной материи, измеряя распределение скорости вблизи Земли", – говорит одна из авторов статьи Марьянджела Лизанти (Mariangela Lisanti) из Принстонского университета.

К такому выводу авторов привело масштабное компьютерное моделирование взаимодействия тёмной материи с обычным веществом Галактики. Гипотеза заключалась в том, что найдутся светила, которые будут иметь ту же самую скорость, что и частицы тёмной материи.

Выполнив расчёты, исследователи обнаружили, что в качестве таких "измерительных приборов" можно использовать самые древние звёзды. Благо возраст светила легко узнать по содержанию элементов тяжелее гелия (металличности, как говорят специалисты).

Не исключено, что такое измерение скорости этих частиц поможет ответить на вопрос, почему их всё ещё не обнаружили детекторы. Устройство должно сработать, если частица имеет достаточную кинетическую энергию. Как известно, последняя зависит от массы и скорости. Некоторые физики полагают, что частицы тёмной материи слишком лёгкие для существующих инструментов. Однако не исключено, что они слишком медленные.

Авторы сделали предварительные оценки скорости, исходя из данных обзора SDSS, в рамках которого наблюдались светила в радиусе четырёх килопарсек от Солнца. Однако для по-настоящему содержательных выводов наблюдательных данных всё ещё не хватает.

К счастью, сейчас в космосе работает телескоп Gaia, измеряющий скорости и координаты звёзд. "Вести.Наука" (nauka.vesti.ru) уже рассказывали об интригующих результатах его работы. Например, мы говорили о светилах, которые сближаются с Солнцем, и о том, как инструмент позволил получить новые данные о квазарах.

Планируется, что "Гайя" определит скорости почти миллиарда звёзд. И такой богатый наблюдательный материал с помощью методики авторов позволит приподнять полог тайны над тёмной материей.

К слову, ранее мы писали о других возможных способах изучать тёмную материю. Например, о потоке антиматерии вблизи Земли и странном рентгеновском сигнале, которые могут быть (а могут и не быть) порождением этой загадочной субстанции.

Сегодня