Многочисленные экcперименты вроде CRESST ищут частицы тёмной материи на Земле. Но можно ли её найти там, где она существует в исчезающе малых количествах? (Здесь и ниже иллюстрации CRESST, N. P. Pitjev, E. V. Pitjeva.)
Российские астрономы предлагают покончить с поисками частиц тёмной материи на земных детекторах: бесполезно искать чёрную кошку в чёрной дыре, если никакой кошки там нет.
У астрономов есть проблема. Когда они изучают крупномасштабные структуры Вселенной, получается, что для их удержания вместе недостаточно гравитации от видимой материи. Те же галактики вообще должны были бы — при наблюдаемых скоростях вращения их элементов вокруг центра — разлететься по сторонам.
Итак, что-то держит всё это вместе, некая тёмная материя (ТМ), которая при этом слабо взаимодействует с нормальной — фактически только через гравитацию. Причём этой материи должно быть в несколько раз больше обычной...
Чтобы концы сходились с концами, ТМ в нашей Галактике должно быть примерно 80% от всей её массы, утверждают светлые головы.
Да только где именно всё это находится? Если везде, по всей Галактике, то каждого из нас пронизывает примерно 100 000 частиц тёмной материи в год. А если это так, то почему бы ей не влиять на орбиты планет Солнечной системы?
Очередные поиски такого влияния, предпринятые Николаем Питьевым из СПбГУ и Еленой Питьевой, представляющей Институт прикладной астрономии РАН, использовали самые точные измерения орбит планет Солнечной системы из когда-либо делавшихся. И что же? Компиляция данных 677 тыс. (!) измерений положений планет, осуществлённых с 1910 года до настоящего времени, включала как информацию оптических телескопов, так и данные космических зондов и радарные наблюдения за положениями планет, произведённые в нашей стране в 1961–1995 гг. Ряд этих измерений имел метровую точность для дистанций, равных, скажем, расстоянию до Сатурна.
С помощью этих цифр астрономы создали модель, описывающую поведение всей Солнечной системы и учитывающую влияние всех больших планет, Луны и 301 крупнейшего астероида, 21 крупнейшего транснептунового объекта и так далее. Затем был проведён анализ на наличие аномальных гравитационных эффектов — случаев, когда предсказания модели не сходятся с действительностью, что неизбежно имело бы место, если, конечно, ТМ действительно плотным супом наполняет Солнечную. Но никаких аномалий замечено не было. А если они и есть, то так слабы, что «тонут» в возможных неточностях исходных данных, однако в этом случае общее количество ТМ в нашей системе чрезвычайно, исчезающе мало.
Чтобы соответствовать вычислениям астрономов, до обиты Сатурна включительно её, ТМ, не более 1,7 • 10−10M⊙(масс Солнца), что примерно равно погрешности в определении массы основного пояса астероидов. В конкретных цифрах плотность ТМ в названном регионе меньше 1,1 • 10–20 г/см³. Это не просто ничтожно мало, а настолько мало, что найти ТМ со статистической точки зрения попросту невозможно.
Похоже, это противоречие между острой нуждой в ТМ для объяснения ситуации на галактическом и межгалактических уровнях и полным отсутствием её видимых следов на уровне нашей планетарной системы, собирается стать важнейшим из острых вопросов современной астрономии, а в перспективе — и физики.
Что особенно интересно, поиски ТМ в Солнечной системе при помощи всяческих остроумных детекторов всё ещё ведутся, хотя, если представленные в работе расчёты аккуратны, эти изыскания — одна лишь пустая трата времени и средств, едва ли не столь же необоснованная, как и расходы на выплату заработной платы нынешнему министру образования России. Думается, после того как публикация получит соответствующий резонанс, масштаб финансирования этого сизифова труда несколько уменьшится.
Количество наблюдений, на которых основываются данные по орбитам планет Солнечной системы, столь велико (нижняя строка таблицы), что поставить их под сомнение очень трудно
Но главное, конечно, в другом. Напомним, что разные группы неоднократно отмечали, что в сотнях и даже тысячах световых лет от Земли никаких следов ТМ нет. Им, впрочем, тут же горячо возражали, ссылаясь на возможные проблемы в измерении дистанции до звёзд и их массы, делающие точный учёт ТМ в межзвёздном масштабе занятием крайне сложным и чреватым ошибками.
Представленный метод хорош тем, что данные по орбитам планет Солнечной системы — едва ли не самые точные из имеющихся в астрономии. Теперь уже нельзя сказать, что технология сомнительна, а исходная информация нуждается в проверке. И всё это значит, что непосредственный, прямой поиск тёмной материи пребывает в глубоком и не подлежащем сомнению кризисе, из которого нужно искать выход.
Отчёт об исследовании опубликован в журнале Astronomy Letters, а с его препринтом можно ознакомиться здесь.
Подготовлено по материалам Technology Review.
Источник Компьюлента
Формула зависимость массы от скорости показывает, что при приближении к скорости света в вакууме релятивистская масса объекта стремиться к бесконечности. Ветвь за асимптотой графика не рассматривается, так как теория относительности запрещает двигаться быстрее скорости света. Масса за асимптотой отрицательна, вектор механического импульса направлен в противоположную сторону движения и не тормозит объект, а разгоняет. При двух скоростях света масса равна массе покоя при дальнейшем увеличении скорости стремится к нулю.
Если предположить, что масса галактик отрицательна, относительно вещества большого взрыва и двигается с ускорением в гравитационном поле, быстрее скорости света, расширяясь. Это гравитационное поле материи большого взрыва объясняют свойствами темной энергии, которое расширяет вселенную с ускорением, и приписывают темному веществу. Почему мы никак не видим этого огромного скопления материи в центре вселенной? Потому что двигаемся быстрее скорости света относительно центра вселенной в его гравитационном поле, которое было создано задолго до большого взрыва.