Тёмная материя

В джетах активных галактик не нашли темной материи

Астрофизики проверили, влияют ли частицы темной материи на кванты света в высокоэнергетических выбросах из ядер активных галактик. Теоретически предсказанного феномена обнаружить не удалось, что позволяет установить самые серьезные на данный момент ограничения на степень их взаимодействия //  indicator.ru

 

Результаты работы российских ученых в соавторстве с коллегами из США и Финляндии опубликованы на сервере препринтов arXiv.org.

Долгое время наиболее вероятным кандидатом на роль темной материи считались тяжелые слабовзаимодействующие частицы — вимпы (WIMPs). Как прямые, так и косвенные поиски этих частиц не увенчались успехом, поэтому интерес астрономов к альтернативным моделям значительно вырос. В частности, в последнее время особенно популярной стала гипотеза о «размытой» темной материи (fuzzy dark matter), частицы которой обладают сверхмалой массой, что позволяет им проявлять квантовые волновые свойства на астрономических масштабах. В таком случае снимаются некоторые проблемы, характерные для сценариев с темной материей из тяжелых частиц.

Размытая темная материя — это частный случай темной материи из аксионоподобных частиц. Такие частицы естественным образом возникают в различных обобщениях Стандартной модели физики элементарных частиц. Общее свойство таких моделей — наличие взаимодействия между аксионом и фотоном, которое пытаются найти в астрофизических наблюдениях и лабораторных экспериментах. Наличие такого взаимодействия приводит к эффекту, известному как «космологическое двулучепреломление». Суть эффекта состоит в том, что с точки зрения взаимодействия с фотонами аксионная темная материя ведет себя аналогично кристаллу: свет, пролетая через нее, поляризуется, то есть один луч света расщепляется на два, у каждого из которых разная поляризация. Ученые уже пытались найти этот эффект раньше, но безрезультатно.

В случае размытой темной материи этот эффект приобретает специфическую особенность: плотность аксионов осциллирует с характерным периодом около одного года, поэтому периодически картина поляризации меняется из-за эффекта взаимодействия со светом. В частности, происходят осцилляции разности фазы между двумя преломленными фотонами, что увеличивает возможность обнаружения данного эффекта.

«Мы попытались найти этот эффект в данных наблюдений джетов активных галактик, полученных на телескопе VLBA (США), — поясняет один из авторов работы Михаил Иванов из Института ядерных исследований РАН. — Особенностью нашего подхода была попытка обнаружить периодические изменения поляризации джетов, что стало возможным благодаря длительному периоду наблюдений этих объектов данным инструментом. Статистически значимого эффекта найдено не было, но в результате нам удалось установить ограничения, которые являются сильнейшими на данный момент для диапазона масс, соответствующих размытой темной материи».

Исследование проведено при финансировании Правительства РФ, Российского научного фонда (РНФ) и Российского фонда фундаментальных исследований (РФФИ).

 

Физика элементарных частиц в 2018 году. Часть 2 • Игорь Иванов • Новости науки на «Элементах» • Физика, Темная материя, Астрофизика

Несмотря на то, что в 2018 году в физике элементарных частиц совсем ярких сенсаций не произошло, работа теоретиков и экспериментаторов была очень продуктивной. Во второй части обзора основных результатов этого раздела физики обсуждаются главные достижения в физике нейтрино и результаты астрофизических наблюдений, полученные в прошедшем году. //  elementy.ru

 

Среди многочисленных отрицательных результатов по поиску частиц темной материи выделяется смелое заявление коллаборации DAMA/LIBRA о безоговорочной регистрации этих частиц. История эта длится больше 10 лет (см. нашу новость 2008 года Эксперимент DAMA по-прежнему «видит» частицы темной материи), статистическая значимость сигнала уже превышает 10σ, однако практически никто, кроме самой коллаборации, в это заявление не верит. Дело в том, что другие, намного более чувствительные детекторы темной материи уже закрыли ту область параметров, на которую указывает сигнал DAMA/LIBRA. Правда, тут есть одно «но». Рабочим материалом в DAMA/LIBRA были кристаллы йодида натрия, а в современных, более чувствительных экспериментах — другие вещества (например, ксенон). Но никто заранее не знает, как именно частицы темной материи должны взаимодействовать с атомами. Поэтому нельзя сбрасывать со счетов пусть экстравагантную, но все же возможность того, что именно ядра натрия или йода в силу своего устройства как-то особенно «живо» реагируют с пролетающими мимо частицами темной материи.

Для того, чтобы разобраться с загадочным результатом DAMA/LIBRA, требуется провести новый эксперимент с точно таким же рабочим веществом. Такой эксперимент, COSINE-100, был запущен в Корее два года назад, и совсем недавно, в декабре 2018 года в журнале Nature вышла статья с первыми его результатами. Два месяца наблюдений, с октября по декабрь 2016 года, никаких подозрительных сигналов не принесли. Эти данные уже вступают в противоречие с данными DAMA/LIBRA (рис. 5), но для окончательного вердикта потребуется обработать данные 2017–2018 годов.