Моделирование показало высокую плотность тёмной материи в окрестностях Солнца

Международная группа астрономов под общим руководством Сильвии Гарбари из Цюрихского университета (Швейцария) провела моделирование различных возможностей распределения тёмной материи в окрестностях Солнца. Оказалось, что даже в самом умеренном варианте её количество сравнимо с количеством барионной (обычной) материи.

Несмотря на то что исследование совместимо с общей концепцией гало из тёмной материи (ТМ), окружающего нашу Галактику, оно в значительной степени противоречит всем попыткам напрямую обнаружить ТМ в наших звёздных краях, пока не давших положительных результатов.

Распределение тёмной материи в Млечном Пути оказалось равномернее ожидаемого. Но так ли это? (Иллюстрация Dr A. Hobbs.)

Для определения плотности ТМ в окрестностях Солнечной системы использовались новые данные по динамике движения 2 тыс. ближайших к нашей звезде оранжевых карликов спектрального класса К. В результате оказалось, что плотность такой материи в окрестностях Солнца равна 0,022 (с отклонением от +0,015 до –0,013 солнечных масс на кубический парсек), или 0,85 ГэВ/см³ (с отклонением от +0,57 до –0,50 ГэВ/см³). При этом плотность барионной материи в том же районе авторы оценивают в 0,098 масс Солнца на кубопарсек.

Новые цифры чрезвычайно важны для дискуссии о природе и распределении ТМ. Когда это понятие только вводилось астрономом Фрицем Цвикки (в 1930-х), сразу же предполагалось, что скрытой массы в несколько раз больше, чем обычной, видимой. Тогда же нидерландский астроном Ян Оорт представил расчёты, согласно которым рядом с Солнечной системой скрытой массы в два раза больше видимой (последующие оценки давали соотношение в 1:3 и даже в 1:6). Однако прошлогоднее исследование не нашло никаких следов ТМ в окрестностях Солнечной системы, что весьма озадачило научное сообщество. Полученные результаты упорно опровергались, но у сторонников теории отсутствия ТМ тут же нашлись контраргументы, и дискуссия на некоторое время зашла в тупик.

Новая работа, которую её авторы намерены опубликовать в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (препринт доступен здесь), хотя и присоединяется к выводу о наличии в звёздных окрестностях Солнца скрытой массы, даёт ей умеренную оценку. Если во Вселенной в целом ТМ в шесть раз больше, чем барионной, то рядом с Солнцем доминирует, по всей видимости, именно барионная, обычная материя. В то же время, отмечают учёные, такое распределение может свидетельствовать в пользу гипотезы о том, что скрытая масса — это слабо взаимодействующие частицы, так называемые вимпы.

«Мы на 99% уверены, что тёмная материя присутствует неподалёку от Солнца. Фактически полученные нами цифры плотности ТМ даже чуть высоковаты», — замечает ведущий автор работы Сильвия Гарбари. Если это так, то миллиарды таких частиц могут пройти через вас, читатель, только за то время, пока вы читаете эту заметку. Что особенно важно, такая плотность ТМ даёт надежду на обнаружение вимпов посредством уже ведущихся и будущих экспериментов, таких как XENON и CDMS.

Подготовлено по материалам Королевского астрономического общества.