Астрономи створюють нову методику для допомоги в пошуку темної матерії

У розробленні нового способу виявлення темної матерії — загадкових та невидимих частинок, про які ми досі здогадуємося через їхній вплив на світ природи — допомогти астрономам зможуть метеори.

Як вважається, у п'ять разів більш поширена, ніж звичайна матерія, темна матерія становить близько 85% від загальної маси Всесвіту та близько чверті (26,8%) від загальної маси та енергії Всесвіту. Ці невловні частинки не можна виявити безпосередньо, оскільки темна матерія не випромінює світло, тому вчені використовують потужні прилади, як-от космічний телескоп "Габбл" або у скорому майбутньому космічний телескоп "Ненсі Грейс Роман", який запустять, щоб спостерігати вплив темної матерії на галактики та інші далекі зоряні скупчення.

Тепер, згідно з дослідженням, проведеним під керівництвом учених з Університету штату Огайо, для пошуку темної матерії можна використовувати радарні системи, розташовані на землі.

Джон Біком, співавтор дослідження та професор фізики та астрономії, сказав, що хоча вчені зазвичай шукають тільки крихітні частинки темної матерії з невеликою масою, мета нового дослідження — поліпшити пошук, допомагаючи схарактеризувати макроскопічну темну матерію: частинки з великою масою, які можуть не досягти традиційних наземних детекторів.

“Однією з причин, через яку темну матерію так важко виявити, може бути те, що частинки настільки масивні”, - каже він. “Якщо маса темної матерії є малою, то частинки зустрічаються часто, але якщо маса велика, то частинки зустрічаються рідко”.

Хоча ці частинки не можна помацати або побачити, темна матерія може бути сприйнята за її гравітаційним впливом на інші небесні явища, такі як зорі або чорні діри.

Хоча її вплив на інші природні системи нелегко класифікувати, час, витрачений на вивчення темної матерії, відкриває перед вченими нові можливості для розуміння розмірів, форми та майбутнього космосу, каже Біком. Такі виявлення можуть також показати масу цих частинок, яка, залежно від їхнього розміру, може мати величезний вплив на формування й структуру галактик.

Новизна обговорюваного дослідження полягає в тому, що вчені застосували ту саму технологію, яка використовується для відстеження метеорів, що проносяться по небу. Під час проходження через атмосферу Землі метеори та частинки темної матерії створюють опади іонізації — форму випромінювання, яка залишає після себе вільні електрони — атоми, здатні проводити електрику. Електромагнітні хвилі, які випускає радар, відбиваються від вільних електронів, сигналізуючи про присутність потойбічної матерії, що потім можна використовувати для відмінності темної матерії від метеорів. Таким чином, вся атмосфера планети може бути перетворена на один ефективний великомасштабний детектор частинок.

Хоча вчені використовують цей метод полювання за метеорами вже кілька десятиліть, Біком сказав, що він здивований тим, що ніхто ще не застосовував ці системи або зібрані ними раніше дані у пошуках темної матерії.

Один з найважливіших висновків дослідження полягає в тому, як новий метод команди може доповнити інші космологічні пошуки темної матерії, оскільки їхня система пропонує рівень точності та чутливості, якого не вистачає багатьом іншим методам.

“Сучасні методи космології доволі чутливі, але вони не мають можливості перевірити власну роботу”, - сказав Біком. “Це абсолютно нова техніка, тому якщо вчені не впевнені в тому, що вони виявили, сигнал з космології може бути детально перевірений за допомогою радіолокаційної техніки”.

Наразі результати дослідження опубліковані на сервері препринтів з відкритим доступом arXiv. Співавторами також є вчені з Університету Колорадо в Боулдері.

Статья на русском языке