Аксионы против вимпов: кто лучше объясняет природу темной материи?

Астрономы сравнили, как модели темной материи на основе тяжелых и легких частиц — вимпов и аксионов — справляются с воспроизведением особенностей, возникающих при гравитационном линзировании. Для этого они обратились к изображению системы HS 0810+2554, являющейся эллиптической галактикой, линзирующей квазар позади нее. Исследование показало, что волновая природа аксионов, проявляющаяся для частиц сверхмалой массы, могла бы объяснить разные флуктуации и аномалии на искаженных изображениях. Статья опубликована в Nature Astronomy.

Кольца Эйнштейна
Кольца Эйнштейна приоткрывают тайну темной материи. Сейчас они указывают, что это может отличаться от предыдущих представлений. Фото: ESA/Hubble & NASA

Темная материя возникла в астрофизике в ответ на попытку объяснить различные аномалии, наблюдающиеся в реликтовом излучении, вращении галактик, гравитационном линзировании и многом другом. Сегодня предприняты многие попытки объяснения свойств темной материи. К наиболее перспективным гипотезам можно отнести ее представления через вымпы и аксионы. Они пока не обнаружены непосредственно в лабораториях, поэтому являются лишь гипотетическими частицами. Но их можно попытаться обнаружить благодаря астрономическим наблюдениям из-за их теоретической волновой природы.

Альфред Армут из Гонконгского университета вместе с коллегами из шести стран исследовал, как разница между волновой и корпускулярной темной материей сказывается на эффектах гравитационного линзирования галактиками. Эти исследования показали, что аксионная модель лучше воспроизводит аномалии яркости и положения, чем модель с вимпами, обычно нуждающаяся в добавлении субгало. Астрономы проверили свои расчеты на примере реальных наблюдений.

Они применили свои модели к системе HS 0810+2554. Она включает массивную эллиптическую галактику на переднем плане, которая четырежды линзирует фоновую галактику-квазар. Ее изображение в видимом диапазоне получил телескоп Hubble, а в радиодиапазоне — сеть интерферометров EVN.

Задачей моделирования было наилучшим образом предугадать положение на изображении двух джетов в радиодиапазоне и видимой части квазара при четырехкратном линзировании. Это наложило ограничение на распределение радиальной густоты темной материи. Для модели на основе вимпов авторы остановили свой выбор на эллиптическом степенном профиле без внешнего смещения. При выборе распределения аксионной плотности астрономы отталкивались от этого результата, но учитывали случайно сгенерированные интерференционные флуктуации, погашенные на 50% барионным фактором.

В результате выяснилось, что подход на основе тяжелых частиц все еще не в силах учесть аномалии яркости и положения для HS 0810+2554. Аксионная модель также не смогла дать полного объяснения, однако авторы показали, что в этом случае можно воспроизвести распределение углового разделения между разными элементами разных сегментов изображения. Кроме того, модель на основе легких частиц способна воспроизвести отношение интенсивностей джетов, а также аномалию яркости. Астрономы уверены, что результат их анализа станет дополнительным доводом в пользу аксионного подхода к темной материи.

Ранее мы сообщали о том, как новая карта темной материи подтверждает правоту Эйнштейна.

  Только самые интересные новости и факты в нашем Telegram-канале!

Присоединяйтесь: https://t.me/ustmagazine

Прочь из Млечного Пути: найдена ближайшая к Земле гиперскоростная звезда
Опасный случай декомпрессии на МКС вызвал переполох в радиоэфире
Беспрецедентное разрешение: cпутник компании Maxar сфотографировал МКС и Starliner
Интерактивная карта «Жнива надії» поможет украинским аграриям
Человек, который показал нам Солнечную систему: глава миссии Voyager Эд Стоун умер в возрасте 88 лет
Кратковременные космические путешествия не вредят здоровью человека
Образцы с обратной стороны Луны прибудут на Землю 25 июня
Космический телескоп Hubble раскрыл тайну взрыва 40-летней давности
На корабле Starliner обнаружена новая утечка гелия
Лунная станция стала на шаг ближе к запуску