Публике представили нового кандидата на роль темной материи — стабильные частицы с двойным зарядом. По новой модели подобные «темные атомы» могут захватываться обычной материей, которая связывает их электромагнитным взаимодействием. Такая модель, с одной стороны, может объяснить текущие проблемы с обнаружением частиц темной материи, но, с другой стороны, трудно стыкуется с современными наблюдениями, согласно которым в области максимальной концентрации обычной материи темной материи почти нет. С текстом соответствующей работы можно ознакомиться на сервере препринтов Корнелльского университета. В работе принимали участие исследователи из Национального исследовательского ядерного университета «МИФИ», Национального исследовательского центра «Курчатовский институт», научно-исследовательского института физики Южного федерального университета и Объединенного института ядерных исследований.
Темная материя — одна из ключевых физических проблем сегодняшней науки. Ее существование кажется абсолютно необходимым для объяснения наблюдаемого поведения галактик: звезды на их периферии вращаются значительно быстрее, чем в центре, и быстрее, чем должны по всем расчетам. Единственное возможное объяснение такого вращения — что края галактических дисков раскручивает какая-то невидимая астрономам материя. Чтобы быть настолько невидимой, подобной материи надо не участвовать в электромагнитном взаимодействии (иначе не избежать излучения электромагнитных волн, которые «заметят» телескопы). Такие частицы получили название массивных слабо взаимодействующих частиц (WIMP, вимпы). Несмотря на то что на поиск вимпов потрачены огромные средства, найти такую материю пока не удается. Именно это поощряет самых разных авторов предлагать альтернативные модели, объясняющие, почему темную материю (ТМ) не получается обнаружить даже на самых совершенных и самых дорогих детекторах.
Авторы новой работы предлагают свой вариант решения этой задачи. По нему ТМ состоит из стабильных частиц с двойным зарядом (их обозначают как O), связанных электромагнитным взаимодействием (кулоновской силой) с ядрами атомов первичного гелия, то есть такого гелия, который образовался не в недрах звезд, а при первичном образовании атомов в ранней Вселенной, вскоре после Большого взрыва. Они называют такие гибридные атомы OHe. Исследователи отмечают, что, как и первичный гелий в целом, атомы OHe должны скапливаться в звездах, образуя тем самым скопления композитной ТМ (то есть сочетающей ядра обычных атомов и своего рода «темные атомы»).
Ученые, моделируя судьбу композитных атомов, состоящих сразу из обычной и темной материи, приходят к выводу, что в ходе энергичных столкновений таких атомов друг с другом и другими атомами должны происходить процессы, ведущие к появлению и последующей аннигиляции антиэлектронов. Это, по их мнению, могло бы объяснить избыток следов распада таких частиц в центральной части Галактики, давно наблюдаемый астрономами. Для того чтобы атомы OHe давали такой избыток, масса частицы темной материи внутри композитного атома должна быть в районе 1,25 тераэлектронвольта. Из этого вытекает вторая привлекательная сторона гипотезы — становится ясно, почему никаких следов темной материи не удалось найти на Большом адронном коллайдере, хотя в теории его энергетических параметров для этого должно быть достаточно. Если темная материя действительно представлена указанными частицами, найти ее на БАК было бы практически нереально.
К сожалению, у предложенной модели есть и ряд узких мест. Дело в том, что при наблюдениях ядер галактик никаких следов действия гравитации масс темной материи на обычное вещество пока найти не удалось. Астрономы интерпретируют это как явный дефицит ТМ в ядрах галактик. Между тем именно там плотность звезд выше всего. А значит, в рамках новой гипотезы, выше всего должна быть и плотность композитных атомов OHe. Если их нет там, где теоретически их должно быть больше всего, то это настораживающий признак.
Другая проблема — это то, что темной материи, по всем расчетам, должно быть больше всего на периферии галактик (иначе не объяснить, как она «раскручивает» края галактических дисков). Между тем именно на периферии звезд очень мало, а значит, и композитных атомов OHe там должен быть минимум. Возможно, у авторов есть какие-то соображения по этим вопросам, но в своей работе они их не привели.
Александр Березин