Недостающая масса Млечного пути может скрываться в рое межзвездных комет

Фото из открытых источников

3I/ATLAS вызвал большой ажиотаж за последний год, побудив астрономов обновить свои знания о других солнечных системах, а также о нашей собственной. Однако этот третий межзвездный гость может оказать неожиданное влияние на наше понимание темной материи. В новой статье, доступной в виде препринта на arXiv от исследователей из Гамбургского университета, предпринимается попытка рассчитать влияние наличия большого количества межзвездных объектов (МЗО) на наши расчеты темной материи в нашей галактике.

Часть расчетов темной материи основана на так называемой «недостающей массе». Это значение основано на свойстве, известном как кривая вращения Галактики — по сути, это скорость, с которой звезды вращаются вокруг центра Млечного пути. Фактическое значение кривой намного выше, чем можно было бы ожидать, исходя только из количества наблюдаемых нами звезд, поэтому что-то еще должно вносить вклад в массу, который может объяснить это увеличение скорости вращения.

Ученые давно считают, что именно темная материя является источником этой массы. Но поскольку она не взаимодействует (или взаимодействует очень редко) ни с чем, кроме гравитации, мы не можем ее «увидеть», что затрудняет ее изучение. Согласно текущим оценкам, полученным в ходе миссии Gaia, концентрация темной материи в галактике составляет примерно 0,44 гигаэлектронвольта на кубический сантиметр. Но что, если существует другое объяснение для части этой недостающей массы?

Сами межзвездные объекты обладают массой и видны другими способами. До сих пор мы видели только три из них: 1I/'Oumuamua, 2I/Borisov и 3I/ATLAS, самый крупный из которых имеет радиус от 0,16 до 2,8 км. Поскольку масса увеличивается пропорционально кубу радиуса, эта разница в значениях оказывает огромное влияние на оценку массы этого крупнейшего межзвездного гостя. Но мы также знаем, что в галактике прямо сейчас, вероятно, существуют миллиарды, если не триллионы, других межзвездных объектов.

Вопрос, на который пытались ответить исследователи, был прост: какой процент «недостающей массы» галактики могут составлять плавающие межзвездные объекты, которые мы просто не можем увидеть с помощью обычных методов наблюдения? Чтобы определить это значение, они применили статистический метод, известный как распределение Пуассона, для расчета локальной плотности блуждающих камней, по размеру похожих на 3I/ATLAS. И они обнаружили, что в нашем районе галактики может находиться довольно много таких плавающих объектов.

Продолжив этот процесс, они рассчитали процент «недостающей массы» в галактике, которую можно отнести к этим изотопам. Оказалось, что они могут составлять приблизительно от 13% до 45% массы галактики, которая в настоящее время приписывается темной материи.

Следует признать, что в этом процессе экстраполяции есть некоторые недостатки. Главный из них заключается в том, что они буквально экстраполируют выборку размером 1 (3I/ATLAS) на всю галактическую популяцию ISO. Сами авторы даже признают, что верхняя граница расчета (где ISO будут составлять до половины недостающей массы) требует «чрезмерно оптимистичного» количества материи, выброшенной в межзвездное пространство.

Однако лежащая в основе математика верна, и она имеет значение для некоторых существующих и будущих исследований. Эксперименты по прямому обнаружению темной материи, такие как LZ и XENONnT, используют локальную плотность темной материи для расчета ожидаемого потока слабо взаимодействующих массивных частиц (WIMP), проходящих через их резервуары с ксеноном. Если это число окажется хотя бы на 18% ниже, чем первоначально предполагали разработчики эксперимента, чувствительность приборов, возможно, придется скорректировать.

К счастью, не придётся долго ждать, чтобы получить дополнительные доказательства, подтверждающие или опровергающие эту теорию. В сеть поступают данные обзоров неба следующего поколения, которые, как ожидается, обнаружат десятки, а возможно, и сотни новых межзвёздных объектов. Как только мы лучше поймём размер и форму межзвёздных объектов, мы сможем лучше оценить, какой вклад, если таковой имеется, они вносят в недостающую массу нашей галактики, и правильно ли наше понимание тёмной материи.