Кандидаты в частицы темной материи

Темная материя, по-видимому, доминирует над материальным компонентом Вселенной по сравнению со светящейся или барионной материей. Хотя он не взаимодействует электромагнитным образом (он не поглощает, не рассеивает и не испускает фотоны), существует постоянно растущее количество свидетельств его существования благодаря его гравитационному взаимодействию со звездами, галактиками и скоплениями, а также его влиянию на объекты позади него с помощью так называемого гравитационного линзирования.

Мой вопрос: каковы наиболее многообещающие частицы-кандидаты темной материи, и какие эксперименты в настоящее время существуют (или будут проводиться), чтобы попытаться ответить на этот вопрос?

Ответы (1)

Когда вы говорите «кандидаты на частицы», я предполагаю, что вы исключаете MACHO и RAMBO . MACHO — это «темные» объекты звездного масштаба, такие как черные дыры, нейтронные звезды, коричневые карлики и т. д. RAMBO — это скопления подобных темных объектов. MACHO и RAMBO состоят в основном из барионной материи (повседневные вещества, такие как протоны и нейтроны — электроны не барионы, но они тоже могут быть частью этого).

Это оставляет нас с вимпами и возможными другими кандидатами в частицы. Я не знаю подробностей каких-либо экспериментов по их поиску навскидку (посмотрю, смогу ли я найти это и обновить ответ через несколько дней), но основными кандидатами на частицы являются:

  • Нейтрино : очень маловероятно, что они составляют значительную часть DM в нашей вселенной, но они заслуживают упоминания.
  • Стерильные нейтрино (здесь я использую этот термин в конкретном смысле, а не в общем смысле): этот тип нейтрино правосторонний и взаимодействует только гравитационно (обратите внимание, что могут быть и правосторонние активные нейтрино). Есть некоторые предварительные данные, свидетельствующие о том, что они могут существовать.
  • Аксионы : они гипотетические, но если они существуют (и составляют большую часть DM), мы убиваем двух зайцев одним выстрелом, объясняя DM и разрешая отсутствие нарушения симметрии при сильном взаимодействии.
  • Гравитино и самый легкий суперсимметричный партнер : Оба они требуют суперсимметрии для сохранения, но они являются основными кандидатами на DM.
Темная материя почти наверняка никаким образом не взаимодействует, не принимает форму и не формируется электромагнитным путем. Некоторое время люди думали, что MACHO могут быть потенциальной причиной (будь то коричневые карлики или черные дыры звездной массы), но это было исключено благодаря исследованиям микролинзирования Пути Микли. Однако есть существенное изменение, заключающееся в том, что темная материя взаимодействует посредством слабого взаимодействия (именно поэтому были предложены различные типы нейтрино — правые нейтрино, стерильные нейтрино и т. д.).
Кроме того, не могли бы вы быть более конкретными, когда говорите «нейтрино». Здесь есть несколько возможностей.
@astromax Разве MACHO до сих пор не считаются частью DM во вселенной? Я знаю, что их меньшинство, но во IIRC они по-прежнему считаются DM. Вы правы насчет нейтрино, я планировал немного добавить, но забыл. Делаем это сейчас.
Хотя MACHO трудно обнаружить (поскольку они очень слабые; например, коричневые карлики, нейтронные звезды и т. д.), они определенно состоят из барионного содержимого. Была проделана некоторая работа, чтобы оценить массу таких объектов, и она до сих пор даже близко не складывается. Черные дыры, хотя никто не знает, что происходит внутри горизонта событий, также не соответствуют тому, что необходимо для описания того, что говорят нам динамика галактик/скоплений и реконструкция массы с помощью линз, рентгеновских лучей и измерений SZ. Насколько нам известно, единственным подтвержденным взаимодействием является гравитация.
@astromax Да, я знаю. Я просто говорю, что они все еще являются частью (хотя и небольшой) DM. Большая часть DM (где происходит самое интересное) посвящена вимпам и им подобным. Или я ошибаюсь, классифицируя MACHO как тип DM?
Я понимаю, что вы говорите, но фундаментально я полагаю (если окажется правдой, что DM не взаимодействует электромагнитным путем, на что пока указывают все доказательства), что вы неправильно классифицируете вещи, которые нам просто трудно увидеть. как часть DM вселенной. Если частица DM будет найдена, то вы будете неправы, если скажете, что нейтронная звезда или коричневый карлик состоят из DM — это не так. Мы знаем, из чего они сделаны.
@astromax А, понятно. Ну, определение, которое я всегда знал, состоит в том, что DM просто должен быть несветящимся (это совпадает с определением из Википедии, хотя я не очень ему доверяю). Я бы не сказал, что нейтронные звезды состоят из темной материи — я не думаю, что DM обязательно должен состоять из частиц. Вместо этого я говорю, что некоторый процент несветящейся гравитирующей материи во Вселенной (т. е. того, что я называю темной материей) состоит из черных дыр, нейтронных звезд и еще чего-то.
Ну - вещи, состоящие из составных частиц с зарядом (протоны/электроны или кварки), излучают фотоны. Ускоряющие/замедляющие заряженные частицы производят излучение, так что нет, между ними все же есть фундаментальная разница.
Я думал, что темная материя не взаимодействует, кроме как через гравитацию, и не знал, что она также использует слабое ядерное взаимодействие. Но это не работает на расстоянии. Чтобы увидеть темную материю, нужно выбрать инструменты. Обычные телескопы, как наземные, так и космические, чувствительны к различным частям электромагнитного спектра, регистрируя фотоны, испускаемые космическими объектами. Чтобы увидеть что-то, что взаимодействует только через гравитацию, необходим гравитационный телескоп, который может видеть гравитационные волны, излучаемые темной материей/энергией. lisa.nasa.gov является таким примером. Может ли темная материя быть нечастичными вещами?
Многие люди считают, что тёмная материя на самом деле может взаимодействовать и посредством слабого взаимодействия, поэтому был построен (и будет проводиться) очень длинный список экспериментов для поиска такого рода сигнатур. @jmarina, отвечая на ваш вопрос о «гравитационном телескопе», у вас есть правильная идея, но вы забываете, что свет от фоновых объектов может быть искажен массой переднего плана — это основа того, что известно как гравитационное линзирование и в настоящее время является одним из наших лучших методов картографирования темной материи во Вселенной.
Кандидаты в частицы темной материи
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v