галактической эволюции. Отличить их можно, например, при помощи поиска маломассивных объектов из темной материи: в некоторых моделях образование небольших структур затруднено, а в других подобных ограничений нет. Пока что у астрономов, однако, данных для этого недостаточно.
С помощью «Хаббла» американские астрономы под руководством Анны Ниренберг (Anna Nierenberg) из Лаборатории реактивного движения NASA детально рассмотрели восемь квазаров, свет которых был искажен гравитационным линзированием, в результате чего каждый наблюдался в виде нескольких изображений. Основными преломляющими свет телами были массивные галактики, но положения и относительные яркости изображений квазаров указали на присутствия невидимых объектов с массами порядка 108 солнечных и меньше.
Объекты для наблюдения были выбраны из каталогов таким образом, чтобы их свет формировал конфигурацию креста Эйнштейна, то есть четыре отдельных источника, — так происходит только в случае очень близкого попадания преломляющего объекта на луч зрения. Такая ситуация позволяет с высокой точностью определить массу и размер искажающих свет объектов, но в случае изученных квазаров моделирование не смогло воспроизвести наблюдаемую конфигурацию при учете лишь одного крупного источника тяготения, однако добавление более мелких позволяло воспроизвести наблюдаемую картину.
Рис. NASA / ESA / A. Nierenberg (JPL) and T. Treu (UCLA)
Обнаруженные малые массы образований уже делают модели теплой темной материи маловероятными, так как в них предполагаются достаточно высокие скорости частиц, не позволяющие формироваться небольшим структурам. При этом их существование не запрещено в рамках стандартной модели холодной темной материи, частицы которой должны обладать достаточно высокими массами и небольшими скоростями по сравнению со светом.
nplus1.ru, 9 января 2020, Тимур Кешелава
https://nplus1.ru/news/2020/01/09/smaller-than-dwarf
Съезд Американского астрономического общества.
Анна Ниренберг (Anna Nierenberg) из Лаборатории реактивного движения NASA
Глава 11-3-10
Новая элементарная частица может оказаться «атомом» темной материи
Март 2020
Исследователи считают, что темная материя может состоять из недавно обнаруженных частиц – гексакварков d*. Как протоны, так и нейтроны состоят из трех мельчайших частиц, называемых кварками. Гексакварки отличаются тем, что состоят не из трех, а из шести кварков. Их существование было предсказано еще несколько десятилетий назад, и в 2014 г. ученым удалось подтвердить эту гипотезу. Исследование опубликовано в журнале Physics G Letters.
Хотя эти экзотические частицы состоят из большего числа кварков, чем протоны, на самом деле гексакварки намного меньше по размерам, чем хорошо знакомые нам частицы. Гексакварки относятся к бозонам, и это означает, что множества гексакварков d* могут формировать структуры, отличающиеся от тех структур, которые образуют протоны и нейтроны.
Согласно Михаилу Башканову с кафедры физики Йоркского университета, Великобритания, гексакварки могли конденсироваться, формируя темную материю, в необычных условиях сразу после Большого взрыва.
В своем исследовании Башканов и его коллега Дэниэл Уоттс (Daniel Watts) показывают, что в ранний период развития Вселенной гексакварки d* могли при остывании формировать то, что называют конденсатом Бозе-Эйнштейна (BEC).
Рис. Модель гексакварков d*
BEC представляет собой экзотическое, пятое состояние материи, которое наблюдается, когда облако субатомных частиц остывает до температур, приближающихся к абсолютному нулю Кельвинов (минус 273,15 градусов Цельсия). При этих экстремальных температурах частицы объединяются в единую структуру, которая может быть описана при помощи волновой функции. Другими словами, частицы объединяются и ведут себя так, словно они представляют собой единый атом.
Несмотря на то что гексакварки в лаборатории склонны к быстрому спонтанному распаду, Башканов считает, что они являются намного более стабильными и долгоживущими в недрах нейтронных звезд и, возможно, также в составе BEC. Авторы считают, что BEC представляет собой то, что мы сегодня называем темной материей.
astronews.ru, 7 марта2020
https://www.astronews.ru/cgi-bin/mng.cgi?page=news&news=20200307053932
Журнал Physics G Letters.
Михаил Башканов, Дэниэл Уоттс (Daniel Watts), кафедра физики Йоркского университета, Великобритания
Глава 11-3-11
Темные аксионы ограничили с помощью нейтронных звезд
Декабрь 2020
Ученые использовали данные об излучении нейтронных звезд в радиодиапазоне для поиска аксионов — гипотетических элементарных частиц, претендующих на принадлежность к темной материи. Они воспользовались тем, что сильное магнитное поле от нейтронных звезд должно приводить к переходу темных аксионов в фотоны, которые уже можно зарегистрировать. Исследователям не удалось зарегистрировать такие процессы, но полученные ограничения на константу взаимодействия превзошли другие эксперименты в части диапазона масс. Статья опубликована в журнале Physical Review Letters.
Существует множество предположений о форме, в которой могла бы существовать темная материя: от легчайших стерильных нейтрино до тяжелых вимпов. Одним из альтернативных кандидатов на роль частиц темной материи является темный аксион — гипотетическая сверхлегкая нейтральная элементарная частица.
Регистрация темных аксионов — крайне сложная задача: согласно предсказывающим их существование теориям, такие частицы очень слабо взаимодействуют с частицами Стандартной модели. Но в этом случае полезным для физиков обстоятельством является другая особенность темного аксиона, который может превращаться в фотон при взаимодействии с сильным магнитным полем с резонансной для аксиона частотой.
Группа ученых во главе с Джошуа Фостером (Joshua Foster) из Мичиганского университета использовали радиотелескоп Грин-Бэнк и Эффельсбергский радиотелескоп для наблюдения за рядом объектов, от которых ожидался яркий сигнал преобразования аксионов в фотоны, в том числе за центром Млечного Пути, а также за двумя близлежащими к нему нейтронными звездами RX J0720 и RX J0806.
Физикам нужно было перевести полученные результаты в ограничения на константу взаимодействия процесса перехода аксиона в фотон. Для этого ученые провели моделирование исследуемого процесса в окрестности изученных объектов, учтя их местоположение и прогнозируемые распределения плотности аксионной темной материи вокруг них, погрешность соответствующие вычислений для центра Млечного Пути оказалась сильно больше, чем для нейтронных звезд. Тем не менее, полученные ограничения на константу взаимодействия превзошли результаты эксперимента CAST в ЦЕРНЕ.
Авторы отмечают и то, что данное исследование — лишь первая попытка использовать нейтронные звезды в качестве проб существования аксионной темной материи, и что в дальнейшем продемонстрированный метод может быть улучшен для получения еще более строгих ограничений. Ученые возлагают большие надежды и на новые поколения радиотелескопов, с помощью которых можно будет на порядки увеличить чувствительность измерений.
Источником магнитного поля для перехода аксиона в фотон совсем не обязательно должна быть нейтронная звезда: в главе …. рассказано об эксперименте ADMX, в котором детектор самостоятельно
