Наука и техника

В ИЯИ выяснили, что темная материя может образовывать неосязаемые астероиды

В ИЯИ выяснили, что темная материя может образовывать неосязаемые астероиды

Сгенерированное нейросетью фантастическое изображение космоса

Pixabay

Модель российских ученых показала, что легкая темная материя может образовывать экзотические невидимые астероиды. Заметить их можно лишь по гравитации — ее должно быть достаточно, чтобы при проходе сквозь планету вызвать землетрясение, — подобно тому, как лунное тяготение порождает приливы и отливы. Если предположение окажется истинным, то работа станет величайшим достижением науки XXI века. Об открытии «Газете.Ru» рассказали его авторы.

Откуда взялась идея темной материи?

В астрономии есть две взаимосвязанные величины: скорость движения тела по орбите и масса тела, вокруг которого оно вращается. В XX веке, когда исследователи научились определять массу всех звезд в галактике, то заметили, что те вращаются вокруг галактического центра неправильно. Края спирали движутся намного быстрее, чем должны, как если бы на них воздействовала невидимая масса, распределенная, в том числе, вокруг видимой части галактики. Более того, масса этой неизвестной материи должна намного превосходить совокупную массу звезд. Это не было ошибкой наблюдения, поскольку подтверждалось другими методами. Например, массу далекой галактики можно оценить по тому, как она искривляет лучи света за счет гравитационного линзирования. Такие расчеты тоже показывали присутствие скрытой массы, и со временем ее стали называть темной материей.

Изначально это было лишь абстрактное понятие, которое обозначало неизвестный невидимый материал, составляющий большую часть вещества галактики. Многие астрономы думали, что, быть может, это какие-то тусклые, но понятные объекты, вроде коричневых карликов, нейтронных звезд или черных дыр. Однако чем больше ученые накапливали знания, тем острее понимали, что это невозможно. Поэтому доминирующая на сегодня теория гласит, что темная материя состоит из частиц неизвестного типа, которые почти не взаимодействуют со светом (и в целом с обычной материей), а обладают лишь массой и гравитацией.

Можно ли увидеть невидимое?

Понять, что это за частицы — одна из важнейших задач современной науки, которой занимаются физики-теоретики. Подходов в их работе существует масса, но в общем виде она сводится к тому, чтобы делать предположения о свойствах этих частиц, исходя из этих свойств проводить моделирование поведения и сравнивать его с тем, что мы наблюдаем во Вселенной.

Схематическое изображение облака частиц темной материи и его сжатия в каплю

В самой грубой форме понять свойства этих частиц можно с помощью простого логического рассуждения. Представим, что масса масса элементарной частицы — ее определяющее свойство одной темной материи частицы сравнима с массой звезды. В таком случае они, двигаясь по галактике, за счет гравитации бы разбили все звездные скопления, но звездные скопления существуют. Значит, их масса существенно ниже солнечной.

Нижний предел массы этих частиц можно вычислить схожим образом. Квантовые частицы подчиняются принципу неопределенности, в частности, не имеют четкого положения в пространстве и скорее напоминают облако. Чем меньше масса, тем это облако больше, и в конце концов, размер этого облака может оказаться столь большим, что оно не поместится в галактике, — а мы знаем, что темная материя жестко привязана к ним. Точность координаты может быть большей, но за счет роста неопределенности скорости движения. Если эта неопределенность будет выше скорости в 30 км/с, то частицы преодолеют гравитацию карликовых галактик и вылетят из них (Звезды, как и частицы темной материи, вращаются по орбите вокруг центра галактики). Имея эти два ограничения, физики вычислили, что масса частиц темной материи должна быть больше, чем 10-22 эВ, что на 27 порядков меньше массы электрона.

В чем заключается недавнее открытие?

Имея верхнюю и нижнюю границу массы, российские ученые из Института ядерных исследований РАН провели серию моделирования поведения частиц темной материи в галактике на суперкомпьютере. Упрощенно можно сказать, что их интересовала «сверхлегкая» (с массой частицы 10-22 эВ) и «просто легкая» материя (10-5 эВ, на 10 порядков меньше массы электрона).

В итоге физики пришли к неожиданному результату: оказалось, что скопления такой темной материи могут образовывать бозе-эйнштейновский конденсат. Так называют состояние вещества, охлажденного до почти абсолютного нуля, где большое число атомов имеет минимально возможную энергию. Иначе говоря, тепловое движение атомов останавливается, и они замирают, что порождает ряд физических эффектов, например, сверхтекучесть. Сам факт этого открытия удивителен для физиков: считалось, что в бозе-эйнштейновский конденсат атомы переходят за счет электромагнитного взаимодействия друг с другом, и достичь того же эффекта с помощью одной лишь гравитации невозможно.

Как же ведет себя такая темная материя?

Такие свойства темной материи предполагают ее особенное поведение в галактике. Она должна стягиваться в круглые капли, но необычного рода. Как было сказано выше, чем меньше масса квантовой частицы, тем больше размер ее облака. Таким образом, капля легкой и сверхлегкой темной материи — это огромное количество размытых облаков, находящихся одно в другом и не «мешающих» друг другу.

Наиболее интересные результаты показало моделирование поведения «просто легкой» темной материи (10-5 эВ). Она должна образовывать в галактике множество мелких скоплений (облаков), подобных звездным, с совокупной массой каждого как у крупного астероида. Эти скопления, размером примерно с земную орбиту, летают по галактике, и постепенно собираются в капли бозе-конденсата.

«В статье 2018 года мы доказали лишь сам факт, что темная материя в облаке должна сливаться в капли. Это было мало кому интересно, поскольку астрономы не могут обнаружить малые объекты. Однако в недавних исследованиях мы выяснили, что капли растут, засасывая летающую вокруг темную материю, и их масса может достичь массы астероида. Можно назвать выросшую каплю бозе-астероидом, хотя это мой авторский термин, который нельзя считать научным. Диаметр такого тела получается около 100 км», — рассказал «Газете.Ru» Дмитрий Левков, старший научный сотрудник ИЯИ и один из авторов работы.

Может ли бозе-астероид врезаться в Землю?

Несмотря на то, что материя называется темной, бозе-астероид будет идеально прозрачным в любых диапазонах: для радиоволн, для видимого света, для рентгеновского излучения и даже для электронных лучей. Тела ощущаются твердыми из-за электромагнитного отталкивания ядер атомов, — а темная материя неспособна (или почти неспособна) к такому взаимодействию. Следовательно, такой астероид будет совершенно неосязаемым и не ощутится даже как газ.

Однако это не превращает его в знаменитый чайник Рассела(Это шутливая философская абстракция — невидимый неосязаемый чайник, который вращается по орбите вокруг Земли, но никак ни на что не влияет и не требуется для объяснения феноменов. Следовательно, его существование и свойства бессмысленно обсуждать). Бозе-астероид действительно способен пройти сквозь Землю, подобно бесплотному духу, — но у него есть гравитация, которая действует сама по себе. Например, лунное тяготение вызывает смещение масс воды в океане и слегка деформирует Землю. В случае бозе-астероида детали зависят от скорости движения и многих других параметров, но он, вероятно, способен вызвать землетрясение.

Однако без землетрясения обнаружить подобное тело будет непросто. В теории их гравитация искривляет пути лучей света, подобно линзе, но столь слабо, что современные телескопы этого не увидят. Другой гипотетический способ связан с наблюдением быстрых радиовсплесков. Астрономы регулярно фиксируют в небе вспышки радиоизлучения длиной в несколько миллисекунд, и однозначного объяснения этому феномену нет.

«В некоторых наших моделях каждая частица легкой темной материи имеет невероятно малый шанс исчезнуть и распасться на два фотона. Когда такие частицы собираются в бозе-астероид и их количество измеряется числом с десятком нулей, может сыграть роль даже очень маленький шанс. Одна из частиц распадется на фотоны, которые повышают шанс на распад соседних. В результате может возникнуть цепная реакция, которая вызовет вспышку — как раз в том диапазоне, в котором фиксируют радиовсплески. Необходимо отметить, что эта гипотеза считается экзотической, и сами астрономы склоняются к тому, что эти вспышки порождаются особым типом нейтронных звезд — магнетарами», — пояснил Левков.

Работу российских физиков и их предсказания свойств темной материи тяжело проверить экспериментально. Тем не менее, если их моделирование окажется близко похожим на реальность, это станет одним из величайших прорывов в физике XXI века.

Что думаешь?

Комментарии
Источник

Календарь

Февраль 2025
ПнВтСрЧтПтСбВс
 12
3456789
10111213141516
17181920212223
2425262728 

RSS Meks Blog

  • How Adding Slack Bot Boosted Our Culture of Appreciation 03.07.2024
    Sweet Kudos is a Slack bot that enhances employee recognition, rewards, and celebrations within your team. It empowers team members to express gratitude and appreciation effortlessly by giving virtual Kudos. The post How Adding Slack Bot Boosted Our Culture of Appreciation appeared first on Meks.
    Dusan Milovanovic
  • 10 Best Knowledge Base & Wiki WordPress Themes 2021 15.09.2021
    Running a successful online business requires an exceptional WordPress knowledge base theme that organizes documentation and helps customers. Customization options, intuitive navigation, unique layouts, and fast responsiveness are just some of the features you need. The following 10 WordPress wiki themes represent the best options for 2021 and beyond. Explore the full range to determine […]
    Dusan Milovanovic
  • How to increase WordPress Memory Limit (quick fixes) 16.06.2021
    Here is a post about how to increase the memory limit in WordPress. Allowed memory size exhausted error message showed up in your WordPress installation? No worries – this is one of the most common errors in WordPress. You can apply an easy fix by increasing the memory limit in your PHP. Table of Contents […]
    Dusan Milovanovic
  • How to use (and why) WordPress sitemap plugin 01.03.2021
    Did you know that by knowing how to use the WordPress sitemap plugin you can significantly improve your site’s visibility and traffic? Although it isn’t mandatory to have a sitemap on your site, having one significantly improves the site’s quality, crawlability and indexing. All this is important for better optimization, which is why we wanted […]
    Ivana Cirkovic
  • 22 free and premium podcast software for your show [2021 edition] 18.01.2021
    You’re determined to start or improve your podcast but don’t know which podcast software to use to really make it stand out? We’ve got you! #podcasting Top 22 free and premium podcast software for your show #WordPressTips #podcasting The post 22 free and premium podcast software for your show [2021 edition] appeared first on Meks.
    Ivana Cirkovic
  • Digital storytelling with WordPress – an all-in-one guide to make your web stories pop! 23.11.2020
    Wondering how to improve digital storytelling with WordPress and build more awareness and exposure of your business? Let our guide lead the way. The post Digital storytelling with WordPress – an all-in-one guide to make your web stories pop! appeared first on Meks.
    Ivana Cirkovic
  • How to use WordPress autoposting plugin to improve your visibility and SEO? 10.09.2020
    Did you know you can use the WordPress autoposting plugin for your content efforts and improve not only your time management but your business and visibility as well? The post How to use WordPress autoposting plugin to improve your visibility and SEO? appeared first on Meks.
    Ivana Cirkovic
  • How to create a personal branding site? Step-by-step DIY guide 15.08.2020
    Looking for ways and means to create a personal branding site? Well, look no further ’cause we’re giving away all the how-to’s to do it yourselves! The post How to create a personal branding site? Step-by-step DIY guide appeared first on Meks.
    Ivana Cirkovic
  • Top 15 WordPress content plugins and tools to improve your visibility and rankings 16.07.2020
    Let’s take a look at some of the must-have WordPress content plugins and tools to use to improve both your UX and rankings. The post Top 15 WordPress content plugins and tools to improve your visibility and rankings appeared first on Meks.
    Ivana Cirkovic
  • WCEU 2020 recap – key takeaways from the biggest online WordPress conference 09.06.2020
    Missed WCEU 2020 and all the exciting stuff from there? Here are all the key takeaways and main points to remember so, take notes! The post WCEU 2020 recap – key takeaways from the biggest online WordPress conference appeared first on Meks.
    Ivana Cirkovic

Text

Distinctively utilize long-term high-impact total linkage whereas high-payoff experiences. Appropriately communicate 24/365.