Исследователи из Университета Шеффилда (Англия) разработали новую теорию, согласно которой загадочное вещество, удерживающее галактики вместе, может находиться в гармонии с скрытым пятым измерением. Целью этого исследования является помощь в объяснении одной из величайших тайн современной науки — истинной природы темной материи.
Темная материя изучается учеными на протяжении десятилетий и вдохновляет произведения научной фантастики. Например, она появляется в виде вихрей, способных уничтожать планеты в фильме «Звездный путь», или как «пыль», поддерживающая мультивселенную в фэнтезийной трилогии Филипа Пулмана «Границы вселенной». Несмотря на это, она остается одной из самых нерешенных проблем физики.
Хотя это вещество никогда не наблюдалось напрямую, ученые уверены в его существовании благодаря его интенсивному гравитационному воздействию. Оно действует как невидимый «космический клей», обеспечивающий сплоченность галактик, однако его состав и свойства остаются неизвестными.
Гипотеза о том, что это вещество может существовать в дополнительном и скрытом измерении, обсуждалась в последние годы. Однако исследователи из Университета Шеффилда утверждают, что они сделали шаг вперед с помощью новой теоретической модели. Это исследование, опубликованное в журнале Physical Review D, предлагает объяснение поведения темной материи и трудностей ее обнаружения.
Согласно этой модели, темная материя существует в дополнительном измерении, скрытом рядом с частицей-переносчиком силы, известной как темный фотон. Теория утверждает, что специфическая геометрия и форма этого измерения приводят к точному выравниванию масс этих частиц. Такое выравнивание порождает явление, названное резонансом темной материи, которое исследователи сравнивают с работой музыкального инструмента, сильно вибрирующего при достижении нужной ноты.
Доктор Ю-Дай Цай, старший научный сотрудник Королевского общества Дороти Ходжкин в Университете Шеффилда, сообщил Phys.org, что резонанс темной материи уже считается важной идеей для понимания как ее происхождения, так и способов обнаружения. Он отметил: «Резонанс темной материи уже известен как мощная идея, обладающая потенциалом изменить наше понимание того, как темная материя была произведена в начале Вселенной и как мы ищем ее сегодня».
По словам ученого, предыдущие модели рассматривали этот резонанс лишь как заранее принятую гипотезу. Цай добавил: «Но многие предыдущие модели резонирующей темной материи рассматривали резонанс как предположение. Эта работа предоставляет возможное более глубокое происхождение для него: резонанс может исходить непосредственно из геометрии скрытых измерений».
Цай также заявил, что этот механизм может объяснить, почему темная материя взаимодействовала гораздо интенсивнее в фундаментальные периоды истории Вселенной, оставаясь практически незаметной в настоящее время. Он подчеркнул: «Этот резонанс может сделать взаимодействия темной материи намного сильнее в критические эпохи космической истории, например, в начале Вселенной. Важно, чтобы модель допускала эти сильные взаимодействия в прошлом, при этом объясняя, почему темная материя кажется такой инертной и сложной для обнаружения сегодня».
Исследователи также подчеркивают, что, хотя резонирующая темная материя и дополнительные измерения изучались отдельно в предыдущих работах, эти модели требовали чрезвычайно точной настройки масс частиц для функционирования. Новое исследование предполагает, что это выравнивание не является совпадением и не зависит от ручной корректировки, а возникает естественным образом из самой математической структуры скрытого измерения.
Для Цая понимание этого таинственного вещества ознаменовало бы значительный прорыв для науки. Он заявил: «Понимание темной материи стало бы глубоким прорывом в знании человечества о космосе и о том, из чего он состоит».
Он добавил, что новая модель открывает новые направления для будущих изысканий. «Наше исследование предлагает физикам новые четкие цели в поисках темной материи, одновременно связывая две величайшие идеи фундаментальной физики: тайну темной материи и существование скрытых измерений».
Помимо последствий для понимания Вселенной, исследователи отмечают, что поиск темной материи стимулирует развитие технологий с практическим применением. Среди них — ультрачувствительные детекторы, криогенные системы, низкошумящая электроника и квантовые измерительные технологии, которые могут способствовать прогрессу в таких областях, как медицина, вычисления и глобальные коммуникации.
Компания SpaceX потерпела неудачу при попытке вывести ракету Starship на орбиту в четверг (16-го числа). Во время старта произошел сбой, который на тот момент не был обнаружен.
Через несколько минут после возникновения проблемы Элон Маск, владелец SpaceX, сообщил в социальной сети X, что причиной стала неподходящая работа некоторых двигателей, что привело к автоматическому прерыванию полета. Он также уточнил, что команда SpaceX занимается разгрузкой топлива, и следующая попытка запуска запланирована «через несколько дней».
Астрономы объявили об историческом достижении — первом прямом обнаружении атмосферы вокруг скалистой планеты, расположенной в обитаемой зоне своей звезды. Этот прорыв знаменует собой значительный шаг вперед в поисках миров, потенциально способных поддерживать жизнь.
Планета, получившая название LHS 1140 b, находится на расстоянии около 48 световых лет от Земли. Согласно результатам нового исследования, ее атмосфера содержит гелий. Помимо того, что это первая скалистая планета с обнаруженной напрямую атмосферой, она также является первой такого типа, находящейся в так называемой обитаемой зоне — области вокруг звезды, где температура может позволять существование жидкой воды на поверхности.
Исследователи утверждают, что среди известных экзопланет LHS 1140 b обладает наибольшим количеством признаков, связанных с обитаемостью. Основной автор исследования, Коллин Черубим, заявил Space.com, что прямое обнаружение гелия в атмосфере является беспрецедентным для скалистых экзопланет, а расположение в обитаемой зоне добавляет огромный интерес для астробиологии и поиска жизни.
LHS 1140 b — это экзопланета, то есть планета за пределами Солнечной системы. Ее первоначально обнаружила команда астронома Джейсона Диттмана в 2017 году, и он также участвует в текущем исследовании. По словам Диттмана, потребовались годы наблюдений, чтобы ученые смогли подтвердить наличие атмосферы.
Он отметил, что хотя планета была найдена около десяти лет назад, только сейчас было сделано заключение о наличии атмосферы. Диттман подчеркнул, что планета имеет твердую поверхность и состоит из камня. Хотя точный вид этой поверхности пока неизвестен, команда считает весьма вероятным наличие воды на планете.
LHS 1140 b вращается вокруг красного карлика — звезды, которая меньше и холоднее Солнца. Несмотря на то, что планета расположена значительно ближе к своей звезде, чем Земля к Солнцу, это расстояние достаточно для поддержания температур, совместимых с «зоной Золотой середины», которая считается подходящей для существования жидкой воды. Исследователи полагают, что недавно обнаруженная атмосфера может способствовать сохранению этих условий.
Черубим предположил, что планета, вероятно, содержит много воды. Он добавил, что если атмосфера обеспечивает парниковый эффект, то условия, которые мы считаем обитаемыми на Земле, скорее всего, будут там существовать и смогут поддерживать жидкую воду.
Несмотря на то, что LHS 1140 b не является точной копией Земли, исследователи выделяют два сходства: ее состав — это скалистая планета, вероятно, с железным ядром и теперь известная наличием атмосферы; и ее температура, подходящая для жидкой воды на поверхности, что является одним из ключевых требований для жизни, как мы ее знаем на Земле.
Среди более чем шести тысяч идентифицированных экзопланет, прямое подтверждение атмосферы на скалистой планете в обитаемой зоне стало уникальным моментом. Одним из главных вызовов является то, что LHS 1140 b вращается вокруг красного карлика — самого распространенного типа звезд в Млечном Пути, который составляет примерно треть размера Солнца. Эти звезды долго остаются активными, испуская мощные вспышки радиации, такие как солнечные вспышки и выбросы корональной массы. Обычно такая радиация полностью разрушает атмосферы близлежащих планет, что вызывало сомнения относительно способности скалистых планет вокруг красных карликов сохранять атмосферу долгое время.
Черубим отметил, что это открытие демонстрирует, что по крайней мере эта скалистая планета смогла сохранить свою атмосферу на протяжении миллиардов лет, что является «обоснованным и надежным способом сказать да: атмосферы могут выживать на скалистых экзопланетах». Ученые также предполагают, что в атмосфере могут присутствовать другие газы помимо гелия, часть которых могла быть потеряна в прошлом из-за интенсивной радиации звезды. Однако, поскольку звезда имеет возраст около шести миллиардов лет — что на несколько миллиардов лет старше фазы снижения этой интенсивной активности — команда считает, что планета продолжит сохранять свою атмосферу. Диттман упомянул, что, хотя часть гелия медленно уходит в космос, аналогичный процесс происходит и с атмосферой самой Земли.
Подтверждение атмосферы стало результатом теоретического прогноза, разработанного Коллином Черубимом во время его докторской диссертации. Он объяснил, что все началось с математической модели, созданной для изучения эволюции скалистых планет, и из нее он сделал очень специфическое предсказание относительно этой планеты.
Исследователь принял решение применить метод, обычно используемый для изучения газовых гигантов, к скалистой планете, что было беспрецедентным шагом. Результаты оказались полностью согласованы с его модельным прогнозом, что позволило завершить цикл научного метода.
Для проверки гипотезы команда использовала спектрограф Warm Infrared Echelle (WINERED), установленный в Обсерватории Магеллан в Чили. Во время одних и тех же наблюдений они отслеживали прохождение LHS 1140 b и другой планеты перед своей звездой. Спектроскопический анализ позволил выявить химические сигнатуры в атмосферах обоих миров. В то время как один из них не дал результатов, LHS 1140 b продемонстрировал прямой и неопровержимый сигнал присутствия гелия.
Несмотря на важность находки, исследователи подчеркивают, что это не означает, что планета обитаема. Черубим уточнил, что он не утверждает, что на планете есть жизнь. По мнению команды, будущие наблюдения позволят выявить другие газы в атмосфере и проверить наличие воды. Хотя новые исследования могут не подтвердить обитаемость или обнаружить формы жизни, они значительно расширят знания о скалистых планетах этого типа. Поскольку LHS 1140 b стала первой планетой с такими характеристиками, чья атмосфера была подтверждена, она представляет собой важный шаг к пониманию эволюции потенциально обитаемых планет и может помочь ответить на один из древнейших вопросов человечества: одиноки ли мы во Вселенной?
