Темная материя

Предложен сценарий рождения сверхрассеянных галактик DF2 и DF4, объясняющий, как они могли остаться без темной материи. При столкновении двух богатых газом галактик-прародительниц большая часть входившего в их состав газа затормозилась и оторвалась от остальных компонентов этих галактик (звезд и гало темной материи). Из этих газовых облаков и сформировались необычные галактики.

Пять лет назад в американском Принстоне покинула этот мир Вера Рубин. В 1970-е годы она прочно вошла в историю астрономии благодаря серии фундаментальных достижений в области спектроскопии звездных скоплений. Полученные ею данные подтвердили гипотезу сорокалетней давности о том, что в галактиках гравитационно доминирует невидимая ни в какие телескопы субстанция — темная материя.

Проведенный в 2018 году анализ кривой вращения галактики NGC 1052-DF2, показал, что в ней очень мало темного вещества. Этот вывод зависит от расстояния до галактики, а у разных научных групп его оценки сильно расходились — почти в два раза. Согласно новой оценке, расстояние даже больше, чем считалось изначально. Следовательно, для темного вещества «места» в этой галактике не остается практически совсем.

Несмотря на то, что в 2018 году в физике элементарных частиц совсем ярких сенсаций не произошло, работа теоретиков и экспериментаторов была очень продуктивной. Во второй части обзора основных результатов этого раздела физики обсуждаются главные достижения в физике нейтрино и результаты астрофизических наблюдений, полученные в прошедшем году.

Объяснение природы темной материи остается одной из главных задач физики элементарных частиц. Теорий уже много и все время появляются новые. К счастью, многие из них допускают проверку в том числе и на Большом адронном коллайдере. Недавно вышло еще несколько теоретических статей на эту тему.

Поиск частиц темной материи с массой меньше 1 ГэВ — задача исключительной технической сложности. Ни один из существующих сейчас детекторов к таким частицам нечувствителен. В статье американских теоретиков предлагается идея нового сверхпроводящего детектора, который позволит почувствовать частицы темной материи с массами в мегаэлектронвольтном и даже килоэлектронвольтном диапазонах, расширяя тем самым область поисков на 4–5 порядков.

В последнее время заголовки научных публикаций по физике элементарных частиц запестрели словами «темные силы», «темный сектор», «темная радиация» и даже «темные пингвины». Такой всплеск интереса к целому ряду темных явлений может означать, что физика частиц находится на пороге крупнейшего за долгое время открытия.

Десять лет назад было экспериментально доказано, что за счет силы тяжести лежащие на подложке ультрахолодные нейтроны обладают квантовыми уровнями энергии, наподобие электронов в атоме. Совсем недавно физики научились перебрасывать нейтроны между этими энергетическими уровнями. И вот сейчас нейтронная спектроскопия в гравитационном поле позволила получить результаты космологического масштаба, касающиеся некоторых экзотических теорий темной материи и темной энергии.

Коллаборация CoGeNT — одна из немногих сообщавших ранее о возможном наблюдении частиц темной материи — обновила свои результаты на основе статистики, накопленной уже за три года работы. В новых данных по-прежнему видно превышение сигнала над фоном в нужной области и сезонная модуляция, характерная для частиц темной материи. В статье также рассказывается о том, как согласовать друг с другом результаты трех экспериментов с положительными результатами.

В статье, вышедшей в журнале Physical Review Letters, предсказывается, что простой механический эффект — гравитационная фокусировка Солнцем частиц темной материи — может повлиять на интерпретацию некоторых экспериментов по их поиску. Не исключено, что эксперименты с положительными результатами, к которым многие физики относятся скептически, получат новый аргумент в свою поддержку.

30 октября были объявлены первые результаты LUX — нового эксперимента по поиску частиц темной материи. Статистика, накопленная за три месяца работы, не дает никаких надежных указаний на частицы темной материи. Установленные LUX ограничения в несколько раз улучшают то, что было получено до сих пор.