Юпитер может стать идеальным детектором тёмной материи

Юпитер
Этот вид южного полушария Юпитера был получен 17 февраля 2020 года. Авторы и права: NASA / JPL-Caltech / SwRI / MSSS / Kevin M. Gill.

Итак, вы хотите найти тёмную материю, но не знаете, где искать. Гигантская планета может быть именно тем детектором частиц, который вам нужен! К счастью, в нашей Солнечной системе есть несколько, и самый большой и ближайший – Юпитер.

Исследователи Ребекка Лин (Стэнфорд) и Тим Линден (Стокгольм) на этой неделе опубликовали статью, в которой описывают, каким образом газовый гигант может помочь в обнаружении неуловимой тёмной материи.

Природа тёмной материи – одна из самых больших загадок физики в настоящее время. Она взаимодействует гравитационно – мы можем видеть, что она удерживает вместе галактики, которые в противном случае разлетелись бы, – но, похоже, она не взаимодействует с нормальной материей каким-либо другим способом.

Наиболее популярные теории утверждают, что тёмная материя – это какая-то частица, которая либо слишком мала, либо слишком слабо взаимодействует, чтобы её можно было легко наблюдать. Ускорители элементарных частиц и эксперименты на коллайдерах были созданы, чтобы столкнуть субатомные частицы вместе. Исследователи надеются увидеть неожиданное отсутствие энергии в результате столкновения, что может свидетельствовать о выходе из детектора какой-то неизвестной частицы, возможно, тёмной материи. Пока исследователям не везёт.

Но тёмная материя может быть захвачена гравитацией объектов с большими гравитационными колодцами, такими как Земля, Солнце и Юпитер. Со временем тёмная материя может накапливаться внутри планеты или звезды до тех пор, пока плотность не станет достаточной, чтобы одна частица тёмной материи могла ударить другую, уничтожив и ту, и другую. Даже если мы не можем увидеть саму тёмную материю, мы должны увидеть результаты такого столкновения. Оно будет производить высокоэнергетическое излучение в виде гамма-лучей.

Космический гамма-телескоп “Ферми” (НАСА), запущенный в 2008 году на ракете Delta II, исследует небо на предмет источников гамма-излучения уже на протяжении более десяти лет. Исследователи Лин и Линден использовали телескоп, чтобы посмотреть на Юпитер, и провели первый в истории анализ гамма-активности планеты-гиганта. Они надеялись увидеть доказательства избыточного гамма-излучения, создаваемого аннигиляцией тёмной материи внутри Юпитера.

Как объясняет Лин, размер и температура Юпитера делают его идеальным детектором тёмной материи. Поскольку Юпитер имеет большую площадь поверхности по сравнению с другими планетами Солнечной системы, он может захватывать больше тёмной материи. Тогда вы можете задаться вопросом, почему бы просто не использовать ещё большее (и очень близкое) Солнце. Ну, второе преимущество заключается в том, что поскольку Юпитер имеет более холодное ядро, чем Солнце, это даёт частицам тёмной материи меньший тепловой удар. Это отчасти может предотвратить испарение более лёгкой тёмной материи с Юпитера, которая испарилась бы с Солнца.

Первоначальное исследование Юпитера Линденом пока не обнаружило тёмную материю. Однако был один дразнящий избыток гамма-излучения на низких уровнях энергии, который потребует более совершенных инструментов для правильного изучения.

“Мы используем все возможности ‘Ферми’ для анализа таких низкоэнергетических всплесков”, – сказал Лин. “Заглядывая вперёд, будет интересно посмотреть, найдут ли будущие МэВ-гамма-телескопы, такие как AMEGO и e-ASTROGAM, какое-либо гамма-излучение от Юпитера”.

Телескопы AMEGO и e-ASTROGRAM всё ещё находятся в стадии разработки, но они могут стать отличными инструментами для поиска тёмной материи, а Юпитер может быть целевым объектом, в котором её можно найти.

Лин и его коллега, Юрий Смирнов (штат Огайо), считают, что аналогичный метод можно использовать для поиска тёмной материи в экзопланетах, подобных Юпитеру, или в холодных коричневых карликах.

Экзопланеты и коричневые карлики, находящиеся ближе к центру галактики, где плотность тёмной материи выше, должны казаться более горячими в инфракрасном диапазоне, чем планеты и звёзды дальше, из-за более частой аннигиляции тёмной материи в их ядрах. Космический телескоп Джеймса Уэбба мог бы обеспечить инфракрасный обзор достаточного количества планет, чтобы подтвердить эту теорию.

Найдём ли мы доказательства наличия тёмной материи на экзопланете или в нашем собственном газовом гиганте недалеко от дома, такое открытие в любом случае будет большим скачком для имеющейся модели Вселенной.

Присоединяйся

Вы могли пропустить:

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.