И така, искате да намерите тъмна материя, но не знаете къде да я търсите?

Една гигантска планета може да е точно този детектор на частици, от който се нуждаете!

За щастие нашата слънчева система просто разполага с няколко ткива, а най-големият и най-близкият е Юпитер.

Двама изследователи - Ребека Леан (Rebecca Leane) от Станфорд и Тим Линден (Tim Linden) от Университета в Стокхолм - публикуваха тази седмица доклад, описващ как газовият гигант може да държи ключа за намирането на неуловимата тъмна материя, която изглежда съставлява 80% от цялата материя във Вселената.

Природата на тъмната материя е една от най-големите загадки във физиката в момента. Тя не взаимодейства с нормалната материя по никакъв друг начин освен гравитационно, събирайки и запазвайки целостта на галактическите структури, които иначе биха се разлетели.

На това всъщност се основава идеята на Леан и Линден - тъмната материя реагира само чрез гравитацията, а Юпитер я има в изобилие като най-голямата планета на нашата Слънчева система, така че гравитацията на Юпитер може да привлече повече тъмна материя.

 С течение на времето тъмната материя може да се натрупа особено много в центъра, вътре в газовия гигант, където има достатъчно плътност, че една частица тъмна материя може да удари друга, двете всаимно да се унищожат. Дори да не можем да видим самата тъмна материя, трябва да можем да видим резултатите от такъв сблъсък. Той би произвел високоенергийна радиация под формата на гама лъчи.

И това може да се види от Земята.

_{Космическият телескоп Fermi Gamma-ray. Кредит: НАСА (Wikimedia Commons).}

Космическият телескоп „Ферми“ на НАСА, стартиран през 2008 г., вече повече от десетилетие изследва небето за източници на гама лъчи. Изследователите Леан и Линден са използвали телескопа, за да наблюдават Юпитер и са направили първия по рода си анализ на гама-лъчевата активност на гигантската планета. Те се надяват да видят доказателства за допълнителните гама лъчи, създадени от унищожаването на тъмна материя вътре в Юпитер.

Както обяснява Леан, размерът и температурата на Юпитер го правят идеален детектор на тъмна материя.

„Тъй като Юпитер има голяма повърхност в сравнение с други планети на Слънчевата система, той може да улови повече тъмна материя ... Може би тогава ще се попитате защо просто не използвате още по-голямото (и съвсем близо) Слънце. Е, второто предимство е, че тъй като Юпитер има по-хладно ядро ​​от Слънцето, той отдава на частиците на тъмната материя по-малко топлина. Това отчасти може да спре по-леката тъмна материя да се изпарят от Юпитер, както биха се изпарили на Слънцето".

Първоначалното изследване на Юпитер на Лийн и Линден все още не е открило тъмната материя. Въпреки това, те откриват някакъв излишък на гама-лъчи при ниски енергийни нива, който ще изисква по-добри инструменти за правилно изучаване.

„Наистина разширяваме границите на Ферми, за да анализираме такива ниско енергийни гама лъчи“, обяснява Леан. „С нетърпение чакаме да видим дали предстоящите MeV гама-лъчи телескопи като AMEGO и e-ASTROGAM ще намерят някакви гама-лъчи от Юпитер, особено в долния край на нашия анализ, където производителността на "Ферми" спада. Може би Юпитер все още има някои тайни, които да сподели ...”

^{Горе вляво се показва броя на гама-лъчите в 45-градусов регион около Юпитер. Горе вдясно се вижда същата част от небето, когато Юпитер не е там (фонът). Долу вляво са показани остатъците от количеството на гама-лъчите при изваждане на фона. Долу вдясно са показани размера и позицията на Юпитер от телескопа "Ферми". Ако е имало излишък от гама-лъчи, в долната лява карта е трябвало да има следи в позицията на Юпитер. При тези енергийни нива това не е така, макар и при по-ниски енергийни нива, което налага необходимостта от по-нататъшно наблюдение с нови телескопи. Кредит: Rebecca Leane and Tim Linden}

Телескопите AMEGO и e-ASTROGRAM все още са на етап концепция, но те може да са инструментите, необходими за намиране на тъмната материя, а Юпитер може да бъде целевият обект, в който да бъде намерена.

Авторите на изследването смятат, че подобна техника може да се използва и за търсене на тъмна материя в подобни на Юпитер екзопланети или студени звезди кафяви джудже.

Справка: 

• Rebecca Leane and Tim Linden, “First Analysis of Jupiter in Gamma Rays and a New Search for Dark Matter.” ArXiv preprint.
• Rebecca Leane and Juri Smirnov, “Exoplanets as New Sub-GeV Dark Matter Detectors.” ArXiv preprint.

Източник: Jupiter Could Make an Ideal Dark Matter Detector, Universe Today

Още по темата

25/03/2021

Космос

Наличието на WIMP, най-надеждните кандидати за частици тъмна материя, не бе потвърдено

11/03/2021

Космос

Гравитомагнетизмът може да премахне тъмната материя

28/01/2021

Космос

Изчислeн е по-тесен диапазон на възможната маса на частиците тъмна материя

02/12/2020

Физика

Без тъмна материя гравитацията би трябвало едновременно да привлича и отблъсква