Новые ограничения на присутствие сверхлегкой темной материи в Млечном Пути
Согласно прогнозам, темная материя, состоящая из частиц, которые не отражают, не излучают и не поглощают свет, составляет большую часть вещества во Вселенной. Однако отсутствие взаимодействия со светом препятствует ее прямому обнаружению обычными экспериментальными методами.
Физики десятилетиями пытались разработать альтернативные методы обнаружения и изучения темной материи, однако многие вопросы о ее природе и присутствии в нашей галактике остаются без ответа. Эксперименты Pulsar Timing Array (PTA) пытались исследовать присутствие так называемых сверхлегких частиц темной материи путем изучения синхронизации множества галактических миллисекундных радиопульсаров.
European Pulsar Timing Array — многонациональная команда исследователей, базирующаяся в различных институтах. Она использует 6 радиотелескопов по всей Европе для наблюдения за определенными пульсарами. Команда недавно проанализировала вторую волну собранных данных. Статья, опубликованная в Physical Review Letters, устанавливает более строгие ограничения на присутствие сверхлегкой темной материи в Млечном Пути.
Сверхлегкая темная материя — это гипотетический кандидат в темную материю. Она состоит из очень легких частиц, которые потенциально могут решить давние загадки в области астрофизики. Недавнее исследование ученых было направлено на изучение возможного присутствия этого типа темной материи в нашей галактике.
В своей статье European Pulsar Timing Array делает предположения, отличные от тех, которые были выдвинуты в других исследованиях, проведенных в прошлом. Вместо изучения взаимодействий между темной материей и обычной материей предполагается, что эти взаимодействия происходят только через гравитационные эффекты.
«Мы предположили, что темная материя взаимодействует с обычной материей только посредством гравитационного взаимодействия», — объясняют ученые. — «Это довольно обоснованное утверждение: на самом деле, единственная достоверная вещь, которую мы знаем о темной материи, — это то, что она взаимодействует гравитационно. В нескольких словах, темная материя создает потенциальные ямы, в которых распространяются радиолучи пульсаров. Но глубина этих ям периодична во времени, поэтому время прохождения радиолучей от пульсаров к Земле также изменяется с определенной периодичностью».
Изучая этот конкретный эффект исследователи смогли установить новые ограничения на присутствие сверхлегкой темной материи вокруг пульсаров.
«Основываясь на наших анализах, мы можем исключить, что сверхлегкие частицы в определенном диапазоне масс могут составлять полное количество темной материи», — сказал Смарра. — «Следовательно, если бы они там были, нам все равно нужно было бы что-то еще, чтобы объяснить то, что мы видим. И этот результат довольно убедителен, поскольку мы сосредоточились на гравитационном взаимодействии темной материи, которое является единственным, что мы знаем наверняка».
Недавняя работа European Pulsar Timing Array показывает, что сверхлегкие частицы с массами 10-24,0 эВ≈m≈10-23,3 эВ не могут составлять 100% от измеренной локальной плотности темной материи и могут иметь максимум локальную плотность ρ≈0,3 ГэВ/см3. Эти новые ограничения могли бы направлять дальнейшие исследования в этой области.