Двое астрофизиков из американского Института перспективных исследований опровергли недавние заявления учёных из Чили о недостатке тёмной материи (ТМ) в окрестностях Солнца.
Напомним, что признаком существования тёмного гало Млечного Пути называют характерную форму кривой вращения — зависимости скорости вращения объектов, образующих диск Галактики, от расстояния до её центра. Вопреки ожиданиям, кривая оказалась «плоской», то есть на большом удалении скорость практически не снижалась. Обдумав это, теоретики предложили модель массивного гало с небарионной материей, внутри которого располагается видимый диск Млечного Пути, содержащий звёзды и газ (барионы).
Хотя в отдалённых областях Галактики гравитационное воздействие тёмного гало, несомненно, является определяющим, наблюдения не давали чёткого ответа на вопрос о том, насколько сильно ТМ влияет на форму начального участка кривой вращения, ограниченного восемью килопарсеками (расстоянием между Солнцем и центром Млечного Пути). Чтобы дать обоснованную оценку такого влияния, необходимо измерить локальную плотность тёмной материи, а для этого, как рассудили экспериментаторы, придётся описать зависимость гравитационного потенциала от «высоты» Z — удаления от средней плоскости галактического диска. Поскольку точная масса привычной для нас барионной материи, содержащейся в диске, неизвестна, исследуемый диапазон Z должен быть как можно более широким. Подтверждением этому служат работы, в которых рассматривались величины |Z| < 150 пк: результаты подобных исследований согласуются с нулевой локальной плотностью ТМ, но не исключают и возможности того, что плотность соответствует стандартному модельному значению 0,38 ГэВ/см³ (0,01 солнечной массы в пересчёте на кубический парсек).
Известно, что основная часть массы диска заключена в области |Z| < 1,5 кпк. Чилийская группа, об исследовании которой мы вспоминали в самом начале заметки, проанализировала кинематику ~400 красных гигантов, находящихся на бóльших высотах 1,5 < |Z| < 4,0 кпк, вычислила локальную плотность тёмной материи и получила значение, уступавшее 0,04 ГэВ/см³ (0,001 солнечной массы на кубический парсек). Как видим, экспериментальная величина на порядок отличалась от теоретической.
Если бы эти расчёты были признаны верными, под угрозой оказались бы многочисленные эксперименты, направленные на прямую регистрацию частиц тёмной материи на Земле. Такие опыты, как мы уже рассказывали, дают не слишком убедительные, а зачастую и вовсе отрицательные результаты, и резкое снижение оценочной вероятности обнаружения частиц ТМ могло привести к закрытию перспективных проектов.
К счастью, тревога оказалась ложной: Джо Бови (Jo Bovy) и Скотт Тремейн (Scott Tremaine) нашли ошибку в рассуждениях своих коллег. Суть её сводится к тому, что анализ, выполненный чилийцами, был основан на неверном предположении об отсутствии зависимости средней азимутальной скорости звёзд от расстояния до центра Галактики (в цилиндрической галактоцентрической системе координат) на любых высотах. В своей статье, отправленной в Astrophysical Journal, Бови и Тремейн показывают, что это допущение ничем не мотивировано и имеет физически неправдоподобные следствия.
Избавившись от ошибочного предположения и повторно обработав данные по кинематике звёзд, астрофизики вывели абсолютно стандартную оценку локальной плотности ТМ — 0,008 ± 0,002 солнечной массы на кубический парсек (0,3 ± 0,1 ГэВ/см³). Для снижения её погрешности понадобятся новые объёмы экспериментальной информации — скажем, наблюдения будущей миссии Gaia или измерения, уже выполненные по проекту SDSS / SEGUE.
Стоит отметить, что приведённая оценка относится к усреднённой плотности гало на высоте в 1–4 кпк над средней плоскостью Млечного Пути. Для регистрации частиц ТМ важна, разумеется, не эта величина, а параметры гало, которые оно приобретает в непосредственной близости от Солнца и галактической плоскости. Здесь физики могут рассчитывать на увеличение плотности ТМ ещё примерно на 20% относительно значения, указанного в предыдущем абзаце.
По словам руководителя чилийской группы Кристиана Мони-Бидина (Christian Moni-Bidin), представляющего Университет Консепсьон, содержание статьи американцев ему известно, но он не станет давать никаких комментариев до тех пор, пока работа не пройдёт экспертную оценку и не будет принята к публикации.
Немає коментарів:
Дописати коментар
Примітка: лише член цього блогу може опублікувати коментар.