Исследования астрофизика могут дать подсказку в поисках темной материи

Темная материя — одна из величайших загадок науки. Он не поглощает, не отражает и не излучает свет, поэтому мы его не видим. Но его присутствие подразумевается гравитационным воздействием, которое оно, по-видимому, оказывает на галактики.

Хотя темная материя составляет около 85% космоса, ученые очень мало знают о ее фундаментальной природе.

Теорий предостаточно, и исследования постдокторанта Алекса МакДэниела из Университета Клемсона предоставляют одни из самых строгих ограничений на природу темной материи. Его исследование также дает небольшой намек на сигнал, который, если он реален, может быть подтвержден где-то в следующем десятилетии или около того.

Работа опубликована в журнале Физический обзор D.

«Благодаря сбору данных и новым открытиям в будущем этот небольшой намек потенциально может превратиться в очень конкретное обнаружение модели темной материи», — сказал МакДэниел.

Обнаружение темной материи было бы революционным открытием.

«Темная материя — одна из самых важных вещей в астрофизике, и мы почти ничего о ней не знаем. Ее открытие станет огромным прорывом», — сказал Марко Аджелло, доцент кафедры физики и астрономии Клемсона и советник МакДэниела. «Тот, кто обнаружит, может получить Нобелевскую премию. Это очень важно».

В этой работе Макдэниел и его коллеги искали в карликовых галактиках темную материю, которая самоуничтожается с образованием обычной материи и гамма-лучей — формы света на самых высоких энергетических уровнях. Карликовые галактики идеальны для изучения, потому что они маленькие, богаты темной материей и в большинстве случаев лишены других астрофизических явлений, таких как газ, пыль и сверхновые, которые могли бы испортить результаты.

«Мы ищем их, потому что в идеале они дают нам четкий сигнал или позволяют нам исключить определенные теории частиц», — сказал МакДэниел.

Некоторые модели предсказывают, что темная материя имеет определенную массу или поперечное сечение, которое представляет собой вероятность того, что определенное событие произойдет из-за взаимодействия частиц. Это определит, что исследователи ожидают увидеть в гамма-лучах. Если они этого не видят, то могут исключить эти массы и сечения, сказал он.

«В этой статье мы больше исключаем, говоря, что темная материя не может иметь такую ​​массу или поперечное сечение», — сказал Крис Карвин, бывший постдок в Клемсоне и соавтор исследования. Карвин сейчас работает научным сотрудником в Центре космических полетов имени Годдарда НАСА. «Но по сравнению с предыдущими исследованиями мы начинаем видеть намек на то, что может быть сигналом от этих систем».

В исследовании МакДэниела используются более крупные выборки, включающие дополнительные открытые карликовые галактики, а также больший объем данных, чем в предыдущих исследованиях. Он включил в свое исследование около 50 карликовых галактик, но сказал, что с появлением в ближайшем будущем новых, более мощных телескопов он ожидает, что это число увеличится до 150–200.

«Новые телескопы — это, по сути, детекторы карликовых галактик», — сказал он. «Мы прогнозируем, что с этими улучшениями возможно, что вместо небольшого намека на сигнал мы сможем получить что-то, что будет надежным обнаружением».

Аджелло добавил: «Если это [the signal] реален, в конечном итоге это будет подтверждено».