Физики разработали метод предсказания состава темной материи

346

Новый анализ, проведенный группой физиков, предлагает инновационные средства для предсказания «космологических сигнатур» моделей темной материи.

Группа физиков разработала метод предсказания состава темной материи — невидимой материи, обнаруживаемой только благодаря ее гравитационному притяжению к обычной материи.

Их работа, опубликованная в журнале Physical Review Letters, сосредоточена на предсказании «космологических сигнатур» для моделей темной материи с массой между массами электрона и протона. Предыдущие методы предсказывали аналогичные сигнатуры для более простых моделей темной материи.

Это исследование устанавливает новые способы нахождения этих сигнатур в более сложных моделях, которые продолжают искать эксперименты, отмечают авторы статьи.

«Эксперименты по поиску темной материи — не единственный способ узнать больше об этом загадочном типе материи», — говорят ученые.

«Точные измерения различных параметров Вселенной — например, количества гелия во Вселенной или температуры различных частиц в ранней Вселенной — также могут многое рассказать нам о темной материи».

В исследовании ученые сосредоточились на нуклеосинтезе Большого взрыва (BBN) — процессе, при котором были созданы легкие формы материи, такие как гелий, водород и литий.

Присутствие невидимой темной материи влияет на то, как будет формироваться каждый из этих элементов. Также жизненно важным для этих явлений является космический микроволновый фон (CMB) — электромагнитное излучение, генерируемое объединением электронов и протонов, которое осталось после образования Вселенной.

Эта визуализация компьютерной симуляции демонстрирует «космическую паутину», крупномасштабную структуру Вселенной. Каждый яркий узел — это целая галактика, а фиолетовые нити показывают, где находится материал между галактиками. Человеческому глазу будут видны только галактики, и эта визуализация позволяет нам увидеть нити материала, соединяющие галактики и образующие космическую паутину. Эта визуализация основана на научном моделировании роста структуры во Вселенной. Материя, темная материя и темная энергия в определенной области Вселенной прослеживаются с самых ранних времен Вселенной до наших дней с использованием уравнений гравитации, гидродинамики и космологии. Нормальная материя была обрезана, чтобы показать только самые плотные области, которые являются галактиками, и показаны белым цветом. Темная материя показана фиолетовым цветом. Размер симуляции представляет собой куб со стороной 134 мегапарсека (437 миллионов световых лет).

Команда ученых искала способ обнаружить присутствие определенной категории темной материи — с массой между электроном и протоном — путем создания моделей, учитывающих как BBN, так и реликтовое излучение.

«Такая темная материя может изменять содержание определенных элементов, произведенных в ранней Вселенной, и оставлять отпечаток на космическом микроволновом фоне, изменяя скорость расширения Вселенной», — объясняют исследователи.

В своем исследовании команда сделала предсказания космологических признаков, связанных с присутствием определенных форм темной материи. Эти сигнатуры являются результатом того, что темная материя меняет температуру различных частиц или скорость расширения Вселенной.

Их результаты показали, что слишком легкая темная материя приведет к другим количествам легких элементов, чем те, что подтверждают астрофизические наблюдения.

«Легкие формы темной материи могут заставить Вселенную расширяться так быстро, что у этих элементов не будет возможности сформироваться», — говорят ученые, обрисовывая в общих чертах один сценарий.

«Из нашего анализа мы узнали, что некоторые модели темной материи не могут иметь слишком маленькую массу, иначе Вселенная выглядела бы иначе, в отличии от той, которую мы наблюдаем».

Исследование было опубликовано в журнале Physical Review Letters.

Смотрите также:
Подписаться
Уведомление о
guest
0 Комментарий
Встроенные отзывы
Посмотреть все комментарии