Что представляют из себя частицы Темной материи - Поиски Темной материи

Ясно, что эти частицы не должны распадаться на другие, более легкие частицы, иначе бы они распались за время существования Вселенной. Сам этот факт свидетельствует о том, что в природе действует новый, не открытый пока закон сохранения, запрещающий этим частицам распадаться.

Ученые считают, что темная материя может состоять из барионной и не барионной составляющих.

Вывод о том, что Темная Материя вероятнее всего состоит как из барионной, так и не барионной фракций, делается, например, на основе измерений ротационных кривых галактик. Если бы вся масса галактики концентрировалась в ее видимой части, то орбитальные скорости наблюдаемых галактических объектов уменьшались бы при удалении от центра галактики.

Действительно, для нашей Солнечной системы с большой точностью установлено, что зависимость орбитальных скоростей планет V от расстояния до Солнца с находится в полном соответствии с законом Кеплера.

На рис. приведена ротационная кривая для спиральной галактики NGC 6503, построенная по наблюдениям в радиодиапазоне газообразного водорода. Видно, что на расстоянии от центра галактики более 5 кпк скорость остается практически постоянной.

Такой вид зависимости предполагает, что не все объекты, составляющие общую массу галактики, движутся вместе с ней как "единое" целое. Поскольку вся барионная составляющая должна участвовать в таком движении, следовательно, часть скрытой массы оказывается не барионной. Для объяснения этого экспериментального факта и вводится понятие Темного галактического гало, состоящего из невидимых объектов (частиц), "компенсирующих" дефицит массы видимых объектов, расположенных в диске галактики.

зависимость орбитальных скоростей планет от расстояния до солнца. расстояния указаны в астрономических единицах, 1 а.е. = 1.5-1013 см

Рис. 4. Зависимость орбитальных скоростей планет от расстояния до Солнца. Расстояния указаны в астрономических единицах, 1 а. е. = 1.5-1013 см

экспериментальная ротационная кривая для спиральной галактики ngc 6503 (точки с экспериментальными ошибками)

Рис.5. Экспериментальная ротационная кривая для спиральной галактики NGC 6503 (точки с экспериментальными ошибками)

Пунктирными линиями показаны расчетные кривые отдельно для диска галактики, галактического газа и Темного гало, дающие в сумме наблюдаемую зависимость.

Из анализа крупномасштабной структуры Вселенной следует, что темная материя в основном должна состоять из массивных частиц. Эти частицы в период материализации Вселенной после Большого Взрыва уже должны быть нерелятивистскими, т. е. холодными частицами, в отличие от нейтрино, практически не имеющих массы и остающихся релятивистскими (горячими). С точки зрения физики элементарных частиц, Холодная Темная Материя (ХТМ), вероятнее всего, должна состоять из слабовзаимодействующих массивных частиц (Weakly Interacting Massive Particles -- WIMP).

Легкие нейтрино -- единственные претендующие на роль Темной Материи частицы, о которых известно, что они реально существуют в природе. Тем не менее они не могут составлять основную массу Темной Материи, ибо, как известно из результатов экспериментов по регистрации солнечных и атмосферных нейтрино, их масса должна быть очень маленькой.

Главная на сегодня версия массивных частиц ? гипотеза нейтралино ? связана с минимальной суперсимметрией. Данная гипотеза может быть проверена на Большом адроном ускорителе в ЦЕРНе. Ожидаемая масса таких частиц ~ 100 ГэВ, а их плотность в нашей Галактике ? одна частица в объеме чайного стакана.

Также существует гипотеза о том, что частицы темной материи в 100-1000 раз тяжелее протона, и что их взаимодействие с обычным веществом по интенсивности сравнимо с взаимодействием нейтрино. Именно в рамках этой гипотезы современная плотность темной материи находит простое объяснение: частицы темной материи интенсивно рождались и аннигилировали в очень ранней Вселенной при сверхвысоких температурах (порядка 1015 градусов), и часть их дожила до наших дней. При указанных параметрах этих частиц их современное количество во Вселенной получается как раз такое, какое нужно.

Похожие статьи




Что представляют из себя частицы Темной материи - Поиски Темной материи

Предыдущая | Следующая