Насколько быстро темная материя вращается вокруг Земли? Определение ее скорости имеет важные последствия для современных астрофизических исследований. Впервые ученым удалось подобраться близко к решению проблемы, присмотревшись к наиболее древним звездам галактики.
Старые звезды функционируют в качестве видимых спидометров для невидимой темной материи, определяя распределение скорости возле Земли. Темная материя не видна, так как не излучает свет, поэтому приходится обращаться к другим объектам для ее изучения.
Чтобы определить, когда звезды ведут себя как невидимые и неопределяемые частички темной материи, исследователи использовали компьютерное моделирование. Гипотеза заключалась в том, что есть определенные подмножества звезд, которые по какой-то причине соответствуют движениям темной материи.
Для проверки идеи пришлось создать огромное количество графиков и сравнить разнообразные свойства темной материи со свойствами разных подмножеств звезд. Прорыв случился при сравнении первой категории с разным объемом металличности в объектах. Оказывается, кривая темной материи отлично сочетается со звездами с наименьшим количеством тяжелых металлов.
Металличность может служить меткой звездного возраста, так как металлы и прочие тяжелые элементы формируются в сверхновых и слияниях нейтронных звезд. Маленькие галактики, соединившиеся с Млечным Путем, обычно располагают сравнительно меньшим количеством этих тяжелых элементов.
Почему это важно?
Темную материю пытаются отыскать с 2009 года. Для этого на большую глубину закладывали очень плотный материал (часто ксенон) и ждали, когда темная материя протечет сквозь планету, чтобы зафиксировать контакт. Но это сложный процесс. Если частица темного вещества менее массивна ядра, то последнее не сильно сдвинется при столкновении, а значит мы не заметим результат.
Поэтому ограничение скорости темной материи важно. Если ее частицы будут медленными и легкими, то они будут иметь достаточное количество кинетической энергии для смещения ядер веществ. Но если скорость выше, то и отдача будет больше.
Именно поэтому в новом исследовании решили использовать скорость, которая поможет понять, почему эксперименты по прямому обнаружению пока не принесли результатов. Ученые ожидают новых сведений от телескопа Gaia ЕКА, просматривающего Млечный Путь с 2014 года. Пока выпустили лишь сведения о небольшом звездном подмножестве, но полный набор будет вмещать информацию о миллиарде объектов.