Как астрономы используют пульсары для наблюдения свидетельств темной материи

На этом изображении показано представление художника о нейтронной звезде, окруженной сильным магнитным полем (синий). Он излучает узкий луч радиоволн (пурпурного цвета) над своими магнитными полюсами. Когда вращение звезды охватывает эти лучи над Землей, нейтронную звезду можно обнаружить как радиопульсар. Автор: NASA Goddard/Walt Feimer, <a href="/licence/attribution-cc-40" hreflang="en">Attribution (CC BY 4.0)</a>

Заманчивые доказательства существования потенциальных объектов темной материи были обнаружены с помощью «хронометристов» Вселенной. Эти пульсары — нейтронные звезды, которые вращаются и испускают лучи радиоволн, похожие на маяки, которые быстро проносятся через пространство, — использовались для идентификации загадочных скрытых масс.

«Наука разработала очень точные методы измерения времени», — сказал астроном, стоявший за исследованием, профессор Джон ЛоСекко из Университета Нотр-Дам, который представляет свои выводы на Национальной астрономической встрече на этой неделе в Университете Халла.

«На Земле есть атомные часы, а в космосе — пульсары.

«Хотя гравитация замедляет свет уже более века, до сих пор было очень мало применений».

Профессор ЛоСекко наблюдал изменения и задержки во времени пульсара, указывая на то, что радиолучи движутся вокруг невидимой концентрации массы где-то между пульсаром и телескопом.

Он считает, что эти невидимые массы являются кандидатами на роль объектов темной материи.

Профессор ЛоСекко изучал задержки во времени прибытия радиоимпульсов, которые обычно имеют наносекундную точность. Он искал путь радиоимпульсов в данных обзора PPTA2, полученных от системы синхронизации пульсаров Паркса.

Концепция этого художника показывает пульсар, похожий на маяк, поскольку его свет появляется регулярными импульсами при вращении. Пульсары представляют собой плотные остатки взорвавшихся звезд и относятся к классу объектов, называемых нейтронными звездами. Автор: NASA/JPL-Caltech, <a href="/licence/attribution-cc-40" hreflang="en">Attribution (CC BY 4.0)</a>

Этот текущий проект производит точные измерения времени прихода импульсов, используя данные семи различных радиотелескопов: Эффельсберг, Нансай, Вестерборк, Грин-Бэнк, Аресибо, Паркс и Ловелл, последний в Чешире.

Импульсы имеют периодичность примерно три недели в трех диапазонах наблюдений.

Отклонения времен прихода из-за темной материи имеют четко выраженную форму и размер, пропорциональный ее массе.

Свет, проходящий вблизи областей темной материи, будет замедляться из-за ее присутствия. Поиск прецизионных данных от 65 «миллисекундных пульсаров» выявил около дюжины инцидентов, которые, по-видимому, связаны с взаимодействием с темной материей.

Профессор ЛоСекко сказал: «Мы пользуемся тем фактом, что Земля движется, Солнце движется, пульсар движется и даже темная материя движется.

«Мы наблюдаем отклонения во времени прибытия, вызванные изменением расстояния между наблюдаемой нами массой и лучом зрения на наши «часы» пульсара».

График, показывающий зависящую от времени геометрию пульсара. Косинус темной материи, взгляд наблюдателя. Ось Z идет от наблюдателя к пульсару (точка слева). Точка наибольшего сближения — это расстояние D по оси X. Координата Y направлена вверх вдоль прогнозируемой скорости концентрации массы. Смещение по Y принимается за V t. Массовая концентрация находится в плоскости (D,Vt). Автор: John LoSeccoLicence type <a href="/licence/attribution-cc-40" hreflang="en">Attribution (CC BY 4.0)</a>

Масса размером с Солнце может вызвать задержку около 10 микросекунд. Наблюдения профессора ЛоСекко имеют разрешение порядка наносекунд, то есть в 10 000 раз меньше.

«Одно из результатов предполагает искажение примерно 20% массы Солнца», — сказал профессор ЛоСекко. «Этот объект может быть кандидатом на роль темной материи».

Он также подтвердил, что побочным эффектом этого исследования является улучшение выборки данных о синхронизации пульсаров. Этот прецизионный образец был собран для поиска доказательств низкочастотного гравитационного излучения.

Объекты темной материи добавляют «шум» к этим данным, поэтому их идентификация и удаление очистит образцы от некоторой изменчивости, устраняя такой шум во время других поисков гравитационного излучения.

«Истинная природа темной материи — загадка», — сказал профессор ЛоСекко. «Это исследование проливает новый свет на природу темной материи и ее распределение в Млечном Пути, а также может повысить точность точных данных о пульсарах».

Источник: Royal Astronomical Society