Атмосфера Юпитера как детектор темной материи: ученые придумали новый метод поиска

Пост опубликован в блогах iXBT.com, его автор не имеет отношения к редакции iXBT.com

В бескрайнем космическом океане, среди россыпей звезд и галактик, скрывается незримая сила, управляющая движением небесных тел. Эта сила, недоступная пока нашим телескопам, получила название «темная материя». Ее природа — одна из самых волнующих загадок современной астрофизики, и ученые всего мира не прекращают поиски, используя все новые, подчас неожиданные методы.

Недавнее исследование, опубликованное в престижном научном журнале Physical Review Letters, предлагает использовать для поиска темной материи… атмосферу Юпитера! На первый взгляд, это кажется странным: как газовый гигант, удаленный от нас на миллионы километров, может помочь в охоте за невидимой субстанцией?

Секрет кроется в удивительных свойствах трехатомного иона водорода, или H₃⁺. Этот ион, широко распространенный во Вселенной, играет важную роль в химии атмосфер планет, в том числе и Юпитера. Он образуется в верхних слоях атмосферы под воздействием различных факторов: космических лучей, ультрафиолетового излучения Солнца, а также потоков заряженных частиц, ускоренных магнитным полем планеты.

Юпитер, абстрактная иллюстрация
Юпитер, абстрактная иллюстрация
Автор: ИИ Copilot Designer//DALL·E 3 Источник: www.bing.com

Ученые выдвинули смелую гипотезу: темная материя, накапливаясь в гравитационной ловушке Юпитера, может аннигилировать, то есть сталкиваться сама с собой, превращаясь в другие частицы. В процессе аннигиляции выделяется энергия в виде ионизирующего излучения. Проникая в верхние слои атмосферы, это излучение будет способствовать образованию дополнительных ионов H₃⁺, которые можно зарегистрировать с помощью спектрального анализа.

Чтобы проверить свою идею, ученые обратились к данным, собранным космическим аппаратом «Кассини» во время его пролета мимо Юпитера в 2000 году. Особенный интерес для них представляли измерения уровня H₃⁺ на ночной стороне Юпитера в районе экватора. Этот регион — настоящий оазис для охотников за темной материей. Ночью он не подвергается воздействию солнечного ультрафиолета, который создает сильный фоновый сигнал, мешающий наблюдениям. Кроме того, низкие широты находятся достаточно далеко от полярных сияний, которые также являются мощным источником ионизирующего излучения.

Схема производства H₃⁺ на Юпитере. Авроральная эмиссия H₃⁺ вблизи магнитных полюсов обусловлена осаждающимися электронами, а солнечное уф-излучение облучает дневную сторону и доминирует в производстве H₃⁺ вблизи экватора. В низких широтах на ночной стороне не ожидается значительного излучения H₃⁺, что делает ее идеальной областью для ДМ-сигналов.
Схема производства H₃⁺ на Юпитере. Авроральная эмиссия H₃⁺ вблизи магнитных полюсов обусловлена осаждающимися электронами, а солнечное уф-излучение облучает дневную сторону и доминирует в производстве H₃⁺ вблизи экватора. В низких широтах на ночной стороне не ожидается значительного излучения H₃⁺, что делает ее идеальной областью для ДМ-сигналов.
Автор: Carlos Blanco and Rebecca K. Leane Phys. Rev. Lett. 132, 261002 — Published 27 June 2024 DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.132.261002 CC-BY 4.0 Источник: journals.aps.org

Скрупулезный анализ данных «Кассини» показал, что на ночной стороне Юпитера не наблюдается заметного превышения уровня H₃⁺ по сравнению с ожидаемым фоновым значением. Этот результат, на первый взгляд негативный, на самом деле очень важен для науки. Он позволил установить новые, более жесткие ограничения на характеристики взаимодействия частиц темной материи с обычной материей. Другими словами, ученые смогли «отсечь» целый ряд гипотез о природе темной материи, сузив круг поиска.

Важно подчеркнуть, что полученные результаты не опровергают существование темной материи. Они лишь указывают на то, что ее взаимодействие с обычной материей слабее, чем предполагалось ранее.

Новые ограничения на сечение рассеяния DM-нуклонов с помощью планетарных ионосферных измерений. Оранжевая полоса охватывает неопределенность в ограничениях с ночными измерениями Юпитера H₃⁺, проведенными Cassini VIMS; темная заштрихованная область исключена. Так же отображены прогнозы чувствительности для эталонной юпитерианской экзопланеты на расстоянии 1 кпк или 100 пк от галактического центра (пунктирная линия). Также показаны пределы прямого обнаружения, спин-независимого
Новые ограничения на сечение рассеяния DM-нуклонов с помощью планетарных ионосферных измерений. Оранжевая полоса охватывает неопределенность в ограничениях с ночными измерениями Юпитера H₃⁺, проведенными Cassini VIMS; темная заштрихованная область исключена. Так же отображены прогнозы чувствительности для эталонной юпитерианской экзопланеты на расстоянии 1 кпк или 100 пк от галактического центра (пунктирная линия). Также показаны пределы прямого обнаружения, спин-независимого «SI DD» и спин-зависимого «SD DD» рассеяния протонов.
Автор: Carlos Blanco and Rebecca K. Leane Phys. Rev. Lett. 132, 261002 — Published 27 June 2024 DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.132.261002 CC-BY 4.0 Источник: journals.aps.org

Исследование также открывает новые горизонты в изучении темной материи. Ученые пришли к выводу, что атмосферы экзопланет — планет, вращающихся вокруг других звезд, — могут стать настоящими «лабораториями» для поиска следов этой загадочной субстанции. Экзопланеты обладают рядом преимуществ по сравнению с Юпитером. Многие из них могут находиться в гораздо более плотных областях темной материи, что повысит шансы на ее обнаружение. Кроме того, экзопланеты очень разнообразны по своим физическим характеристикам — размеру, массе, составу атмосферы и т. д. — и изучение их атмосфер может дать уникальную информацию о свойствах темной материи.

Таким образом, даже далекий газовый гигант Юпитер оказался связанным с одной из самых интригующих проблем фундаментальной физики. И хотя темная материя продолжает скрываться от нас, каждый шаг на пути ее изучения приближает нас к пониманию устройства Вселенной.

6 комментариев

Добавить комментарий

S
>>Они лишь указывают на то, что ее взаимодействие с обычной материей [слабее], чем предполагалось ранее.

Ога.
Гало галактики формируют типа как положено, а вот у Юпитера другая, не совсем кошерная, гравитация и с ней взаимодействуют слабее.
Видимо так :)
a
Скорее, просто совсем слабое измерять можно с очень большими погрешностями. И нельзя сказать, есть оно или нет.
S
Это другой разговор.


А вот это звучит подозрительно:
>> что ее взаимодействие с обычной материей [слабее], чем предполагалось ранее

Ибо там на [потенциальных] результатах гравитационного взаимодействия всё и строится.
410034458583@odnoklassniki
Смешно следить за попытками хоть как то оправдать ахинею про существование какой то темной материи. ) Кстати, а куда делись сказки про темную энергию? Все гранты уже выдоили?
Ruby_Rougarou
Про неё неделю назад рассказывали =)
a
Про темную энергию ничего кроме лямбда-члена в уравнениях Эйнштейна не известно. Все, что о ней рассказывают — полная и законченная спекуляция для получения грантов.

Добавить комментарий

Сейчас на главной

Новости

Публикации

Почему в пустыне Атакама расцвели растения? Разбираем особенности природного явления

Пустыня Атакама считается одной из самых засушливых территорий планеты. Она состоит из скал, каменистых склонов и обширных пространств, где дождей не бывает годами. Однако в 2026 году пейзаж...

Природа изобрела пластик до людей: как пчелы делают биоразлагаемый «целлофан» и чему у них учатся ученые

Около трети всего пластика, который производят в мире — это полиэтилен. Из него делают пакеты, пищевую пленку, контейнеры и упаковку для товаров повседневного спроса. Этот материал стал...

«Феррари» отдала победу Ферстаппену, а Антонелли стал чемпионом: итоги Гран-при Мехико Формулы-1 2026 года

Сезон Формулы-1 2026 года постепенно подходит к своему завершению. Уже на девятнадцатом этапе стало известно имя чемпиона. Как прошёл Гран-при Мехико, как «Феррари» отдала победу Максу Ферстаппену...

Обзор Kiwi Ears AD1: недорогой ЦАП с поддержкой CTIA

Мы много говорим о разнообразных портативных ЦАПах, однако пока ещё не касались предельно компактных, легких и недорогих решений на чипах от не особо именитых компаний. При том, что последние уже...

Создан компьютер из живых бактерий: как деление клеток в микроканалах заменяет работу процессора

В математике и программировании существует большой класс задач, которые легко сформулировать, но крайне трудно решить в большом масштабе. Их называют комбинаторными задачами полного перебора....

Парк Юрского периода ближе, чем кажется? Ученые нашли кровь динозавра возрастом 115 млн лет

Международная группа исследователей опубликовала в научном журнале Proceedings of the National Academy of Sciences статью, которая вызвала серьезные споры среди палеонтологов. Авторы работы изучили...