Столкновения астероидов из тёмной материи со звёздами засекут с помощью телескопов

Исследователи из США и Франции предложили новый интригующий метод для обнаружения тёмной материи. Он основан на детекции ударных волн, вызванных столкновениями "астероидов" из загадочных частиц тёмной материи со звёздами.

Как известно, тёмная материя не отражает, не поглощает и не излучает свет, что, конечно же, немало затрудняет её поиски.

Но учёные практически не сомневаются, что тёмная материя где-то рядом, потому что она взаимодействует со светом и обычной материей посредством гравитации: большие массы этой "невидимой" материи влияют на движение звёзд и других астрономических объектов.

Благодаря этому влиянию исследователи подсчитали, что тёмной материи во Вселенной должно быть в пять раз больше, чем обычной материи.

Исследователи из Национальной ускорительной лаборатории SLAC и Университета Париж-Сакле предлагают совершенно новый способ потенциального обнаружения тёмной материи в космосе. Команда говорит, что, проходя сквозь звёзды, тёмная материя должна создавать уникальные сигналы, которые могут быть пойманы чуткими современными телескопами.

Поясним, что отчасти проблема обнаружения тёмной материи заключается в том, что многие её свойства, в том числе масса и некоторые другие параметры составляющих её частиц, остаются неизвестными. Так называемые вимпы учёные ищут давно и безрезультатно: сложно ловить "то, не знаю что".

На этот раз учёные сосредоточились на поиске не отдельных частиц, а скоплений тёмной материи, масса которых была бы эквивалентна массе астероида.

"Большинство экспериментов направлено на поиск отдельных частиц тёмной материи, примерно равных по массе ядру атома, или сгустков размером с планеты или звёзды, – отмечает соавтор исследования Кевин Чжоу (Kevin Zhou) из SLAC. – Нас интересовал промежуточный вариант размером с астероид. Считалось, что существование [сгустков такого размера] трудно проверить экспериментально, поскольку "тёмные астероиды" слишком редки, чтобы столкнуться с Землёй, но слишком малы, чтобы их можно было увидеть в космосе".

Но, если они всё же существуют, то можно ожидать, что эти астероиды из тёмной материи время от времени проходят сквозь астрономические объекты, и, возможно, именно это в итоге может выдать их присутствие.

Учёные объясняют: если астероид из тёмной материи пролетит сквозь звезду на сверхзвуковой скорости, он может создать ударные волны. Когда такие волны достигают поверхности звезды, они производят кратковременный всплеск оптического, ультрафиолетового и рентгеновского излучения, который можно обнаружить с помощью телескопов.

Но тут одна из проблем заключается в том, что эти сигналы будут напоминать вспышки, которые происходят на звёздах естественным образом. Такие вспышки, к примеру, регулярно происходят на Солнце.

Но команда учёных полагает, что эту проблему можно решить, сосредоточив поиск на звёздах с низким уровнем УФ-излучения, таких как оранжевые карлики и звёзды в плотных шаровых скоплениях, где в больших количествах присутствует тёмная материя.

Это упростило бы обнаружение всплесков сигналов выше ожидаемого фона.

Также исследователи отмечают, что эти сигналы даже не нужно будет искать специально — астрономы смогут выделить их из прочих данных.

В каком-то смысле этот занимательный новый подход напоминает эксперименты по поиску тёмной материи, которые уже проводятся на Земле.

Во многих из этих экспериментов используются огромные резервуары с жидкостью, размещённые в тихих, спокойных условиях (к примеру, под землёй). Если частица тёмной материи пройдёт сквозь жидкость, она может столкнуться с ядром атома в резервуаре, создав вспышку света, которую смогут засечь приборы.

Новый метод работает аналогичным образом, но атомы в нём заменяются звёздами, а частицы тёмной материи — сгустками размером с астероид.

Работа с описанием нового метода была опубликована 11 января 2022 года в издании Physical Review Letters.