Sunday, 15/9/2019 | 7:55 UTC+2
ХОРОШИеНОВОСТИ

Получена астрофизическая оценка массы частиц тёмной материи

Сотрудники Университета Брауна (США) рассчитали по астрофизическим данным минимально возможную массу вимпов — слабовзаимодействующих массивных частиц, основных кандидатов на роль составляющих тёмной материи.

Выводы физиков основаны на результатах наблюдений космического гамма-телескопа «Ферми» и некоторых предположениях о свойствах вимпов — в частности, на допущении о том, что они относятся к майорановским фермионам. Частицы такого типа становятся античастицами для самих себя, а это открывает возможность аннигиляции их пар. Каналы аннигиляции вимпов содержат тяжёлые фермионы (скажем, тау-лептоны τ+τ или b-кварки bb) и калибровочные или хиггсовские бозоны (W+W, ZH), распады которых изучены довольно хорошо и сопровождаются испусканием гамма-квантов.

Испущенные фотоны и должен регистрировать «Ферми», каким-то образом отделяя полезные «аннигиляционные» события от фоновых. Для решения последней задачи лучше всего подходят карликовые сфероидальные галактики: их отличают высокая плотность тёмной материи, неактивное звездообразование и практически полное отсутствие газа.

Чтобы оценить параметры вимпов, американцы подготовили довольно большой массив данных, полученных космическим телескопом за три года при наблюдении семи спутников Млечного Пути. В список интересовавших авторов карликовых объектов вошли галактики в созвездиях Волопаса, Дракона, Печи, Скульптора, Секстанта, Малой Медведицы, а также галактика Segue 1. Все они находятся на сравнительно «свободных» участках неба, вдалеке от известных источников гамма-излучения.

Явных признаков аннигиляции частиц тёмной материи учёные, как и ожидалось, не обнаружили. На следующем этапе обработки отрицательный результат переформулировали в виде зависимости максимально возможного сечения аннигиляции, усреднённого по скорости, от массы вимпов. При уменьшении последней графики зависимости, построенной для каналов τ+τ и bb, опускались ниже минимального сечения в 3•10–26 см3/с, определённого в прошлом году по данным спутника WMAP. Так как минимально допустимое значение, очевидно, не должно превышать максимальное, пересечение графика и прямой, соответствующей 3•10–26 см3/с, отмечало нижний предел массы вимпа.

Зависимости максимального сечения аннигиляции от массы приведены на рисунке выше. Хорошо видно, что минимально допустимая масса вимпов оказалась равна 40 (19) ГэВ для канала bb+τ). Поскольку данные о распределении тёмной материи в карликовых галактиках неточны, интервалы изменения указанных величин, обозначенные штриховкой, также очень широки: в случае bb нижний предел массы может сдвигаться к 240 ГэВ, а в канале τ+τ — к 80 ГэВ.

Отчёт, содержащий астрофизические оценки параметров вимпов, вскоре будет опубликован в Physical Review Letters. В том же номере журнала выйдет статья коллаборации «Ферми», которая провела аналогичную работу, использовав данные сразу по десяти карликовым сфероидальным галактикам. К уже упомянутым спутникам Млечного Пути были добавлены галактики в созвездиях Киля, Волос Вероники и Большой Медведицы.

Полученные специалистами «Ферми» графики в целом согласуются с рассмотренными выше. Минимальные массы вимпов, рассчитанные для каналов аннигиляции bb и τ+τ, здесь составляют 27 и 37 ГэВ.

Зависимость максимального сечения аннигиляции от массы вимпов по версии коллаборации «Ферми». Число представленных на рисунке каналов аннигиляции увеличено до четырёх. (Иллюстрация из журнала Physical Review Letters.)

По материалам: Университета Брауна

Написать комментарий

Ваш емейл публиковаться не будет *

Популярная новость

Новость к чаю