Изучение локальной плотности темной материи с помощью прямых измерений ускорения
Доктор Суканья Чакрабарти, заведующая кафедрой Пей-Лин Чан в Колледже наук Университета Алабамы в Хантсвилле (UAH), и ее команда стали пионерами в использовании измерений гравитационного ускорения двойных пульсаров для изучения распределения темной материи в галактике Млечный Путь. Их предыдущие исследования показали, что с увеличением количества данных и числа двойных пульсаров можно с высокой точностью картировать гравитационное поле галактики, включая скопления темной материи.
В новом исследовании, опубликованном на сервере препринтов arXiv, Чакрабарти и ее команда, включая Тома Донлона и Софию Вандервал, впервые подробно описали метод, позволяющий использовать одиночные пульсары для изучения темной материи. Ранее их работа основывалась на данных двойных миллисекундных пульсаров, но большинство пульсаров в галактике являются одиночными. Новый подход позволяет удвоить количество пульсаров, пригодных для анализа, что значительно расширяет возможности исследования.
Чакрабарти объясняет, что «ограничение темной материи» означает сужение возможных свойств и характеристик темной материи на основе анализа наблюдательных данных. Это позволяет уточнить, как темная материя взаимодействует с обычной материей и влияет на структуру Вселенной. Благодаря новому методу ученые впервые смогли измерить локальную плотность темной материи с использованием прямых измерений ускорения. Они обнаружили, что в объеме Земли содержится менее 1 килограмма темной материи, что делает ее, по словам Чакрабарти, «ценнее золота».
Темная материя, которая составляет более 80% всей материи во Вселенной, остается невидимой для обычных наблюдений, так как не взаимодействует со светом или электромагнитными полями. В своей предыдущей работе Чакрабарти использовала компьютерное моделирование, чтобы показать, как гравитационное взаимодействие Млечного Пути с карликовыми галактиками, такими как Большое Магелланово Облако (БМО), влияет на распределение массы в галактике. Это взаимодействие вызывает асимметрию в ускорениях пульсаров, что было подтверждено в новом исследовании.
Доктор Том Донлон объяснил, что пульсары замедляют свое вращение из-за магнитного торможения — процесса, при котором магнитное поле пульсара теряет энергию, выбрасывая заряженные частицы. Это явление ранее ограничивало использование одиночных пульсаров для измерений, так как их вращение замедлялось непредсказуемо. Однако новая методика позволяет с высокой точностью оценить влияние магнитного торможения, что делает возможным использование одиночных пульсаров для измерения ускорений.
Исследование показало, что картирование гравитационного поля галактики с использованием пульсаров позволит с высокой точностью определить распределение темной материи в Млечном Пути. Чакрабарти подчеркивает, что теперь ученые могут измерять даже крошечные ускорения, вызванные притяжением темной материи, на уровне около 10 см/с. Это открывает новые возможности для изучения темной материи и ее роли в формировании структуры галактики.