«Примарні» частинки від Сонця можуть привести до невидимого сховища темної матерії

Невловимі частинки темної матерії можуть ховатися глибоко в серці Сонця, і дослідники виявили, що ми можемо використовувати детектор, похований в льодовому покриві Антарктиди, щоб знайти їх. Темна матерія є неминучим висновком десятиліть космологічних спостережень. Все, починаючи від швидкості обертання зірок у галактиках і закінчуючи зростанням найбільших структур у Всесвіті, вказує на існування якоїсь частинки, наразі невідомої фізиці, яка рідко взаємодіє зі світлом або нормальною матерією, незважаючи на потужний гравітаційний вплив. по всьому всесвіту.

Поки що ми не знаємо, хто ця частинка темної матерії. Тому, маючи відносну нестачу вагомих доказів, теоретики висунули десятки пропозицій щодо того, чим може бути темна матерія. Згідно з деякими з цих гіпотез, темна матерія справді взаємодіє зі звичайною матерією — але дуже рідко, у найщільнішому космічному середовищі.

Чудовим місцем для природного збору такого роду темної матерії є внутрішня частина Сонця, припустили дослідники в статті, яка була опублікована в базі даних препринтів arXiv 23 серпня, але ще не була рецензована. Ядро Сонця неймовірно щільне — у 20 разів щільніше заліза. І з моменту свого народження близько 4,5 мільярдів років тому Сонце обертається навколо центру Чумацького Шляху. Протягом усіх цих мільярдів років наша зірка плавала крізь невидиме море частинок темної матерії, які, як вважають, складають основну частину нашої галактики.

Навіть якщо взаємодії між темною матерією та нормальною матерією надзвичайно рідкісні, щільність ядра Сонця — у поєднанні з його надзвичайно старим — означає, що у нього було достатньо часу, щоб одна з його частинок взаємодіяла з темною матерією. Ці взаємодії відбирали б енергію від частинок темної матерії, уповільнюючи їх, поки вони не осіли глибоко в ядрі Сонця.

Лабораторія IceCube на Південному полюсі, освітлена зірковими слідами на цій фотографії, зробленій у липні 2015 року. (Зображення: IceCube Collaboration)

І ці частинки темної матерії можуть просто сидіти там протягом секунди чи мільярда років, доки не вступлять у взаємодію з іншою нормальною частинкою матерії в цьому щільному середовищі. Коли це станеться, частинка темної матерії, якщо вона досить важка, може розпатися на злив інших, більш знайомих видів частинок. Більшість цих частинок залишаться в пастці в ядрі, підстрибуючи в нескінченному божевіллі свого вогненного середовища. Але один вид частинок, нейтрино, здатний уникнути сонця.

Нейтрино схожі на майже темну матерію. Вони неймовірно легкі (найлегші з відомих частинок), не мають електричного заряду і майже ніколи не взаємодіють ні з чим іншим. Щоб виявити нейтрино, вченим доводиться будувати гігантські лабораторії. Найбільшим із цих детекторів є IceCube, який використовує цілий кубічний кілометр (0,24 кубічної милі) антарктичного крижаного щита як тестову камеру. Коли нейтрино стикаються з молекулами води, вони створюють дощ частинок і світла, які можуть виявити струни, занурені в лід.

Сонце природним чином виробляє нейтрино в результаті реакцій синтезу. Але в новій статті дослідники вважають, що якщо темна матерія накопичувалася всередині сонячного ядра, і ці частинки темної матерії випаровувалися в дощ звичайних частинок, включаючи нейтрино, то ми повинні очікувати побачити більшу кількість високоенергетичних нейтрино, що надходять від сонця в масиві виявлення IceCube.

Однак поточні показники виявлення нейтрино від сонця узгоджуються зі звичайними реакціями термоядерного синтезу, а це означає, що якщо темна матерія дійсно існує і зараз накопичується всередині сонця, то ці частинки темної матерії вкрай неефективні для анігіляції в нормальну матерію. Ця відсутність виявлення накладає суттєві обмеження на властивості частинок темної матерії.

Примітно, що це найсильніші обмеження, накладені на теорії про темну матерію великої маси, і всі дані просто лежали там, зібрані для інших цілей, зазначили дослідники. Замість того, щоб розробляти нові, дорогі експерименти з пошуку темної матерії, вони сказали, що ми повинні винайти розумні способи використання існуючих експериментів, тому що ми ніколи не знаємо, які сюрпризи можуть виникнути. Джерело