Marcowe maksimum ciemnej materii

Gromada Pocisk, którą uważa się za jeden z pośrednich dowodów na istnienie ciemnej materii.
Źródłó: NASA/CXC/CfA/STScI/ESO
W tej właśnie chwili miliony cząsteczek niewidocznej ciemnej materii przeleciało przez Twoje ciało mijając po drodze atomy zwykłej materii. Według dotychczasowych rozważań obfitość ciemnej materii powinna być mniejsza w zimie i osiągać swoje maksimum około 1 czerwca. Nowe badania pokazują jednak, że wyliczenia te są błędne i maksimum jest na początku marca.

Uważa się, że ciemna materia stanowi prawie 27 procent masy i energii całego Wszechświata, jednak jej natura pozostaje tajemnicą. Jedna z wiodących teorii  starających się ją tłumaczyć to teoria tzw. WIMPów (weakly interacting massive particles), czyli słabo oddziałujących  cząsteczek masywnych. Niestety do tej pory nie udało się ich wykryć. Czymkolwiek ciemna materia jest wydaje się jednak gromadzić w ogromne obłoki tworząc tzw. halo, w którego wnętrzu znajduje się galaktyka.
Droga Mleczna również wydaje się posiadać właśnie takie halo. Układ Słoneczny w trakcie swojej podróży wokół centrum Galaktyki porusza się w nim, powodując że ciemna materia bombarduje Słońce i planety ciągłym „wiatrem”. Efekt ten można porównać do kropel deszczu na przedniej szybie samochodu, który szybko się porusza. Jednak Ziemia okrąża Słońce, więc astrofizycy założyli, że kiedy Ziemia porusza się pod  „wiatr”, co ma miejsce w lecie, powinniśmy zarejestrować o kilka procent większą ilość cząstek ciemnej materii. Analogicznie w zimie, kiedy Ziemia "frunie z wiatrem", liczba cząstek powinna być mniejsza.
Wyliczenia te jednak mogą być błędne.

 Nowe badania sugerują, że ten efekt może być pod silnym wpływem efektów grawitacyjnych Słońca, co do tej pory było zaniedbywane. Autorzy artykułu, który pojawił się na łamach czasopisma Physical Review Letters, uważają, że kiedy WIMPy przelatują przez Układ Słoneczny, działa na nie przyciąganie grawitacyjne Słońca powodując tym samym zmianę  ich trajektorii, kierunku i prędkości. Naukowcy policzyli, że efekt tych zmian jest zaskakująco duży i powoduje przesunięcie okresowego maksimum o około trzy miesiące wcześniej.

Przyciąganie ciemnej materii przez Słońce nazywane jest soczewkowaniem grawitacyjnym.  Słońce działa jak soczewka, która skupia trajektorie WIMPów w swoją stronę. Zjawisko to zależy od energii i prędkości WIMPów: szybko poruszające się WIMPy będą słabiej poddane jego działaniu, ponieważ szybko przelecą przez Układ Słoneczny. W przypadku wolno poruszających się cząstek efekt ten powinien być silniejszy i Słońce powinno ściągać na siebie więcej cząstek.

Okresowe zmiany w strumieniu cząstek ciemnej materii mogą znacząco wpływać na eksperymenty próbujące zarejestrować bezpośrednio cząstki ciemnej materii. W większości ich zasada działania opiera się na tym, by przyłapać WIMPa na bardzo rzadkim zderzeniu z cząstką zwykłej materii. Jako wskaźnik, który pozwala odróżnić WIMPa od innych cząstek jest znalezienie zależności, że ilość zarejestrowanych zdarzeń jest różna w różnych porach roku. Zatem, wzięcie pod uwagę soczewkowania grawitacyjnego jest bardzo ważne do wyróżnienia prawdziwego sygnału wygenerowanego przez ciemną materię. W obliczu najnowszych badań maksimum liczby potencjalnie zarejestrowanych cząstek ciemnej materii należy spodziewać się z początkiem marca.

Duża liczba projektów aktualnie poszukuje WIMPów lub też innych cząstek-kandydatów na ciemną materię. Naukowcy uważają, że są coraz bliżej wyjaśnienia natury ciemnej materii. W tym kontekście widać również, że praca teoretyczna jest bardzo ważna.


Artykuł: "Effect of Gravitational Focusing on Annual Modulation in Dark-Matter Direct-Detection Experiments" Samuel K. Lee, Mariangela Lisanti, Annika H. G. Peter,  Benjamin R. Safdi

Hubert Siejkowski | Źródło: scientificamerican.com

Liczba odsłon: 1280