Пенсионный советник

Темная материя потяжелела

Частицы, из которых состоит темная материя, тяжелее, чем считалось до сих пор

Григорий Колпаков 04.12.2011, 16:43
Возможное кольцо темной материи вокруг одного из скоплений галактик NASA, ESA, M. J. Jee and H. Ford et al. (Johns Hopkins Univ.)
Возможное кольцо темной материи вокруг одного из скоплений галактик

Частицы, из которых состоит таинственная темная материя, намного тяжелее, чем считалось до сих пор. Этот факт почти одновременно, с разницей в два дня, установили сразу две команды астрофизиков.

Пользуясь разными статистическими подходами и вообще работая независимо, ученые пришли к одному и тому же выводу — нижний предел массы для этих частиц составляет 40 гигаэлектронвольт; иначе говоря, они как минимум в 44 раза тяжелей протона. Эта новость изрядно обескуражила физиков, занимающихся охотой на вимпы (wimp, сокращение от weakly interacting massive particles, то есть слабовзаимодействующие массивные частицы — очень гипотетические, но наиболее подходящие кандидаты на статус темной энергии) сразу на нескольких подземных детекторах, потому что 40 гигаэлектронвольт — это неожиданно много.

Между тем расчет минимальной массы был на удивление прост и напрямую связан с гамма-излучением, идущим от карликовых галактик, окружающих Млечный Путь.

Эти галактики буквально переполнены темной энергией, потому что иначе — одними лишь законами тяготения — объяснить движение их звезд не получается. Обе группы (как и все, кто ищет темную материю в космосе) исходили из того, что при столкновении частицы темной материи аннигилируют, превращаясь в каскад других частиц, в том числе фотонов с энергией в гамма-диапазоне. Оценив яркость гамма-излучения, идущую от центров карликовых галактик, где темная материя имеет обыкновение накапливаться, можно посчитать количество столкновений, вызвавших данную конкретную эмиссию гамма-фотонов, а зная это количество, можно оценить количество частиц темной энергии, находящихся в данной карликовой галактике. Если теперь разделить полную массу темной энергии, находящейся в галактике (а она известна из других наблюдений), на количество частиц, то можно и без суперкомпьютера назвать массу одной частицы.

Расчеты обеих групп дали один и тот же результат – уже упомянутые 40 гигаэлектронвольт.

Все, что легче, заявляют они, темной энергией быть не может.

Одна из групп, коллаборация, насчитывающая более ста человек и работающая с одним из инструментов космической гамма-обсерватории Ферми под названием Large Area Telescope (LAT), воспользовалась для расчетов его данными, накопленными за два года наблюдений за десятью карликовыми галактиками — спутниками Млечного Пути. Они вполне могли быть первыми, однако финишную ленточку на два дня раньше их порвали два физика-энтузиаста из Университета Брауна — Саввас Кушпиаппас и Алекс Джерингер-Сэмет.

Они ничего не мерили, ни в какие телескопы не заглядывали, а просто воспользовались данными того же телескопа LAT, вывешенными в интернете в открытом доступе.

Они применили в расчетах иную статистическую методику, в расчет брали не 10, а 7 галактик-сателлитов и использовали данные о них не за два года, а за три. Так или иначе, у них тоже получилось 40 гигаэлектронвольт, о чем они триумфально сообщили в последнем номере журнала Physical Review Letters.

Для людей, которые охотятся за вимпами с подземными детекторами наперевес, такая минимальная масса может означать полную катастрофу.

Особенно это касается детекторов CRESST II и DAMA, расположенных в Италии под горой Гран Сассо (которая, напомним, недавно прославилась на весь мир сообщением о сверхсветовых нейтрино) и детектора CoGeNT (установлен в США, на дне заброшенной железнорудной шахты в Миннесоте), коллаборации которых в этом году одна за другой объявили о намеках на регистрацию вимпов. Правда, масса этих вимпов-намеков, не набравших нужной статистической значимости, колебалась в пределах от семи до двадцати гигаэлектронвольт.

Человек, который ищет черную кошку не в той черной комнате, куда она могла бы попасть, и там хватающий кого-то за хвост, в конце концов получает за свои труды либо всеобщее осмеяние, либо, что намного реже, всеобщее признание в виде какой-нибудь премии типа Нобелевской. Сейчас надежда на премию у физиков-подземщиков явно пошла на убыль. Но, как заявляют многие оппоненты авторов «великого минимума», их результат, несмотря на всю свою значимость, вовсе не означает смертного приговора вимпам-легковесам. Они напоминают, что если распад вимпов идет не так, как это было принято в расчетах обеих групп, если они распадаются на частицы, которые телескоп Ферми не в состоянии детектировать, если они двигались быстрей, когда Вселенная была юной и горячей, словом, если мы мало что понимаем в физике нашего мира (и это похоже на правду), то можно найти варианты, при которых частицы темной материи будут весить всего 10 гигаэлектронвольт.