ТЕМНАЯ МАТЕРИЯ 2: Аннигиляция темного вещества
Привет, Кирилл Масленников, пулковский астроном, ведущий популярного QWERTY. Мне немножко не по себе. Я собираюсь рассказывать о работе сегодня, которая посвящена темной материи. А у нас совсем недавно был ролик, посвященный того же вопросу. Если помните, это был ролик, в котором рассказывалось о подземном телескопе, вылавливающем частицы темной материи, взаимодействующие с веществом. И там довольно долго говорилось о темной материи, о её происхождении и различных гипотезах. Но я напомню на всякий случай все-таки, что это одна из самых больших загадок нашей науки.
Это вещество, которого очень много. Его в пять раз больше обычного вещества. Она проявляет себя гравитационным взаимодействием с веществом галактики, во вращении галактик, которые вращаются как твердое тело. Без того, что там присутствует невидимый массивный компонент. Она проявляет себя в динамике скоплений галактик, где видно, что скорости галактик настолько велики, что без мощных гравитационных воздействий они не могли бы остаться в этом объеме. Она проявляет себя в поведении межгалактического горячего газа. Она проявляет себя в микролинзировании и, наконец, она проявляет себя в космологических моделях.
То есть получается, что без такого вещества нормальное вещество не успела бы собраться, сконденсироваться в галактики и звезды. И без темного вещества неким образом не было бы ни галактик, ни звезд, ни нас с вами, и вообще всего современного мира, всей вселенной, которую мы видим вокруг себя. К сожалению, этого темного вещества до сих пор, как вы тоже прекрасно знаете, не известно. Мы не знаем, что это такое. Это не может быть газ, который проявлял бы себя поглощением и перерегенерацией. Это не могут быть темные звезды, потому что они тоже бы проявляли себя в каких-то взаимодействиях с излучением. И вряд ли могут быть черные дыры, потому что на них пахло бы аккрециями. Мы увидели излучение и так далее.
В общем, это непонятно. На днях как раз вышло очень интересное видео — круглый стол, на который собрались наши отечественные крупнейшие специалисты в этом вопросе — астрономы и физики. Вот на него ссылка. Я его внимательно посмотрел с большим интересом, и у меня осталось после просмотра совершенно отчетливое впечатление: до сих пор никакого света в конце туннеля нет! Эта история продолжается уже лет 15. Когда все время кажется: вот-вот, наконец, этот носитель, это таинственное вещество будет обнаружено. И мы все это время в таком подвешенном состоянии продолжаемся.
Судя по этому круглому столу, я могу заключить, что до сих пор такая история: "вот-вот найдем", а найти по-прежнему не можем. В чем главная трудность? Этот таинственный агент не взаимодействует ни с чем, не взаимодействует с веществом. Он не задействует излучение, со светом. Он не поглощает свет. Даже не совсем правильно говорить, что это темная материя, потому что это просто "никакая". Темная предполагает черная, она не черная и не светлая, она просто никакая, её не видно. Она не воспринимается нашими приборами и приемниками. И говорить о ней сложно.
Единственное, чем она проявляет себя — это гравитация. Конечно, проблема в наше мироздание, потому что, напоминаю еще раз, этого вещества в 5 раз больше, чем обычного. Гигантское количество, и мы не понимаем, где она находится. Вот работа, которую я собираюсь рассказать, дает, казалось бы, надежду на то, что есть шанс всё-таки его выловить, это темное вещество. Хотя, как мы сейчас увидим, всё это в общем довольно сомнительно.
Тем не менее, он совершенно новый, остроумный, и мне захотелось о нём рассказать. Два человека, одного из них зовут Юрий Смирнов. Родное имя, но сам-то человек, сам по себе, всё-таки не из России. Я посмотрел его биографию на его личном сайте. Он учился в Мюнхене, закончил университет, получил докторскую степень, затем работал в Европе, сейчас работает в Америке, в университете штата Огайо. Его соавтор РБК Лин, тоже из Стэнфорда и Соединённых Штатов. Между прочим, тоже буквально на днях вышло интереснейшее видео — это интервью. Люди, которые хорошо знают английский язык, потому что она быстро и интересно говорит, могут посмотреть.
И тоже, обещаю, что много интересного. Так вот, дело в том, что это вещество должно, по ряду расчетов, по ряду моделей, при столкновении этих частиц, должно происходить их аннигиляции. Такое красивое слово — «аннигиляция» — и превращение в нечто, как кайф. Мне в них это превращение... О превращении всё-таки электромагнитное излучение. Просто это происходит в обычных условиях страшно и редко.
Дело в том, что эти частицы, как видимо, имеют очень маленькое сечение взаимодействия. Но это примерно так: представьте себя как на теннисном корте. Вокруг корта стоят теннисисты. У каждого в руках мяч и ракетка, и раз в день кто-то из них случайно посылает мяч куда попало. Какая вероятность того, что за год два мячика случайно столкнутся друг с другом на теннисном корте? Вот примерно так же обстоит дело с частицами темной материи: с такой же вероятностью они могут сталкиваться. Поэтому вот этой аннигиляции, которая должна давать жесткое гамма-излучение, мы не наблюдаем.
Авторы работы говорят, что если найти области, где темная материя будет иметь существенно большую плотность, чем в областях, которым наблюдают, то там вероятность этой аннигиляции должна резко повыситься. И тогда мы, может быть, сможем наблюдать даже не сам поток этих гамм и частиц, а повышение температуры тех объектов, в недрах которых происходит столкновение частиц темной материи.
Что это за объекты? Тоже совершенно неожиданный ответ — это экзопланеты! Вы знаете, что в последние тридцать лет пачками открываются планеты у других звезд? Настолько выросла чувствительность аппаратуры, что это теперь делать возможно: у нас сейчас уже известно больше четырёх тысяч задокументированных экзопланет, около шести тысяч претендентов, которые, скорее всего, тоже подтвердятся.
И, наконец, известный вам всем корабль — космический «Гая», который получает огромное количество автоматических измерений координат. В конце его работы, при выпуске третьего релиза его данных, ожидается, что нам даст ещё несколько десятков тысяч экзопланет. Огромное количество таких планет у нас сейчас в распоряжении, огромная статистика.
Расчёты показывают, расчёты авторов этой работы, что плотность темной материи должна возрастать по мере приближения к центру галактики. Это с одной стороны. С другой стороны, планеты, как гравитирующие тяжёлые объекты, должны притягивать к себе частицы из темного вещества. Конечно, звезды ещё больше притягивают — они даже еще массивнее. Но звёзды сами горячие, и измерить небольшие изменения в звёздах в результате вот этих процессов с темным веществом очень трудно на фоне большой температуры самих звёзд.
Планета холодная. Предполагается, что если в недрах планет происходит аннигиляция темного вещества, то температура планеты должна повышаться, причём довольно заметно — на несколько сотен градусов, а может быть даже и примерно на тысячу. Это очень большая величина. Это наверняка можно было бы выявить.
Ну, правда, выявить у планет тоже довольно массивных, типа горячих Юпитеров, там температура будет хорошо заметна. Теперь представьте себе, если мы получим большую статистику изменения температуры таких планет на разных расстояниях от галактического центра. Если мы увидим, что чем ближе планета к центру галактики, тем на большую величину растёт температура, это будет прямое доказательство того, что эта температура обусловлена аннигиляцией частиц темной материи. Вот такая красивая идея.
Вопрос только за малым: кто будет это мерить? Очень высокая чувствительность приемника нужна для того, чтобы у отдельных экзопланет... Там же рядом находится еще звезда, которая всё засвечивает. У отдельных экзопланет измерить изменение вот этой температуры — это специальная задача для космического телескопа Джеймс Уэбб, который, напоминаю, должен быть запущен. Будем надеяться, что это случится в октябре нынешнего года.
Вот такая вырисовывается картина: Джеймс Уэбб начинает наблюдать экзопланеты на разных расстояниях от галактического центра, получает вот такую как виде часто картинки кривую, и мы получаем 100-процентное доказательство существования темной материи в виде тех частиц, для которых теория даёт такое повышение температуры, такую аннигиляцию и такие процессы взаимодействия.
Скажите теперь, как вы думаете, верили в то, что я сейчас рассказала? Скажу вам честно, не очень. Не факт, что именно такие частицы, которые вот теории давно дают это взаимодействие, действительно являются носителями темной материи. Не факт, что мы можем заметить такое повышение температуры. Лично я не очень верю в то, что они сбудутся. Но кто знает: представьте себе, вдруг через годика полтора мы получим такой результат. Это будет, конечно, замечательно.
Во всяком случае, работа настолько ярко и честно привлекает большое внимание у астрономов, что я решил, что надо, конечно, о них рассказать. Не знаю, насколько вы поедете по всю эту историю, но во всяком случае, до следующих встреч! Подписывайтесь, ставьте лайки. До суда!