Юпитер може да се използва като детектор на тъмна материя

На Земята от десетилетия се води трескаво търсене на тъмна материя, мистериозното вещество, за което се твърди, че съставлява 80% от цялата материя във Вселената и което не реагира с обикновената материя. Всички тези търсения все още не са дали нищо. Защо не използвате още по-голям и по-тежък детектор, с размерите на… Юпитер?

Юпитер. Кредит: NASA, ESA, A. Simon (Goddard Space Flight Center), and M. H. Wong (University of California, Berkeley) and the OPAL team

Тази идея - да се използва като детектор на тъмна материя Юпитер е представена наскоро от Карлос Бланко (Carlos Blanco) и Ребека К. Лийн (Rebecca K. Leane) съответно от Принстънския университет и Стокхолмския университет.

Поради масата си Юпитер може лесно да привлича частици тъмна материя - гравитацията е единствената сила, на която тъмната материя реагира - и на теория тези частици могат да се сблъскат една с друга, да се анихилират, както се казва. След това те могат да се превърнат във водородни йони (H₃⁺) и отново излъчват инфрачервено лъчение, което е видимо.

Схема на Юпитер. Страната, обърната към Слънцето (дневната страна), е показана в жълто, а страната, обърната обратно на Слънцето (нощната страна), е показана в черно. H₃⁺ се произвежда от дневната страна в резултат на слънчевата екстремна ултравиолетова (UV) радиация. Сините/зелените региони представляват магнитните полюси на Юпитер, където ускорените електрони (e – ), или полярните сияния, са източник на H₃⁺ . Регионът, очертан в червено, е регион с ниска географска ширина от нощната страна, където не се очаква да се наблюдава H₃⁺ при липса на анихилация на тъмна материя. Кредит: Carlos Blanco and Rebecca K. Leane

Проблемът е, че водородният йон H₃⁺ може да бъде произведен и от други процеси, а именно от северното сияние на полюсите на Юпитер и от изключително силното ултравиолетово лъчение от Слънцето от осветената от него страна.

За да филтрират тези други източници, Бланко и Лийн разглеждат инфрачервеното лъчение, идващо от области близо до екватора на Юпитер от нощната му страна (вижте фигурата по-горе).

Спектрометърът за визуално и инфрачервено картографиране (VIMS) на борда на космическия изследовател "Касини" на НАСА регистрира емисиите на H₃⁺, но данните не показват, че те идват от съответната зона на Юпитер. VIMS може да не е успял да измери инфрачервения сигнал на H₃⁺ от тази област.

Въз основа на това те изчисляват колко силен трябва да бъде сигналът от H₃⁺, за да бъде открит, нещо, което също зависи от масата на частиците тъмна материя (вижте графиката по-долу).

Кредит: Carlos Blanco and Rebecca K. Leane

Те са направили това не само за Юпитер, но и за така наречените супер-Юпитери, които са изключително големи екзопланети, открити в Млечния път. Поради разстоянието не е възможно да се направи разлика между H₃⁺, идващ от полярното сияние и от екваториалните региони на тези планети, но поради голямата маса сигналът H₃⁺ от анихилиращата тъмна материя може да бъде по-голям от сигнала H₃⁺ от полярното сияние.

Справка: Search for dark matter ionization on the night side of Jupiter with Cassini; Phys. Rev. Lett. 2024; Carlos Blanco and Rebecca K. Leane; https://journals.aps.org/prl/accepted/2107bYbaZe01ff82b7e225346be9b6a35ba85a5ed 

Източник: Jupiter as a Dark Matter Detector, Cesiley King, astrobites.org

Още по темата

13/04/2021

Космос

Юпитер като детектор на тъмна материя? Защо не!

19/07/2019

Космос

Физиците се питат: Защо никой не е убит от тъмната материя?

24/03/2019

Физика

Само един експеримент е открил тъмна материя досега

25/07/2016

Физика

Най-чувствителният детектор в света "LUX" не намери тъмна материя