Сигнал темной материи и «богатства» астероида Бенну: главные открытия о космосе за неделю

16 октября 2020 | 14:07
Сигнал темной материи и «богатства» астероида Бенну: главные открытия о космосе за неделю - фото 1

Ученые впервые смоли зафиксировать сигнал темной материи и пронаблюдали гибель звезды, поглощенной черной дырой.

Подробнее читайте в материале Realist’a.

Сигнал темной материи

Ученые в лаборатории Гран Сассо в Италии, работающие на самом чувствительном в мире детекторе темной материи XENON, сумели зафиксировать потенциальный сигнал темной материи, пишет Physical Review Letters.

Лаборатория для обеспечения необходимого экранирования и уменьшения фонового шума расположена глубоко под землей.

По мнению специалистов, частицы темной материи или слабо взаимодействующие массивные частицы (WIMP) можно обнаружить при фиксировании ядерных распадов в закрытой камере с ксеноном. Поэтому в исследование задействовали резервуар с жидким радиоочищенным ксеноном массой две тонны.

Как предполагают физики, входящая частица темной материи ударяет по атомам в резервуаре и высвобождает фотоны и электроны, после происходят вспышки света в верхней и нижней частях резервуара.

Еще несколько месяцев назад ученые обнаружили избыточные сигналы, которые они не смогли объяснить с помощью частиц стандартной модели или фонового шума.

Исследователи проанализировали три возможных источника возникновения сигналов: частицы, испускаемые Солнцем; следы радиоактивных примесей; бозоны темной материи.

Что касается первого предположения, то, как считают физики, солнечные частицы (нейтрино и аксионы) теоретически могли добраться до резервуара и произвести в нем заметный сигнал. Но для этого нейтрино должны, в частности, для этого иметь больший магнитный момент.

Также повлиять мог и фон, несмотря на то, что по его подавлению в лаборатории проводятся беспрецедентные усилия. Сами ученые допускают, что может иметься пусть слабая, но радиоактивность.

Специалисты отмечают, что даже если детектор XENON содержит всего три атома трития на килограмм ксенона, один только бета-распад трития может объяснить сигнал.

И наконец, еще один сценарий, который физики назвали "интригующим", - это наличие частиц темной материи, отличных от WIMP. Прежде всего, сигнал выглядит так, как будто исходит от частиц, сталкивающихся в основном с электронами атомов ксенона. И каждое из этих взаимодействий сбрасывает в атом несколько килоэлектронвольт энергии. При этом энергия столкновения должна соответствовать массе частицы темной материи.

"Виновниками" в этом физики считают аксион и темный фотон.

Специалисты отмечают, что если темные фотоны поглощаются со скоростью в 10-30 раз меньше, чем обычные фотоны, их взаимодействием можно объяснить сигнал в детекторе.

«Богатый» астероид Бенну

Астрономы представили новые результаты исследований астероида Бенну при помощи межпланетной станции OSIRIS-REx. Оказалось, что его грунт богат органическими веществами и карбонатами, его центр менее плотный, чем весь астероид, а северное и южное полушария Бенну сильно различаются по своим свойствам. Статьи опубликованы в журналах Science и Science Advances. 

Околоземный астероид (101955) Бенну стал основной целью исследований автоматической межпланетной станции OSIRIS-REx, которая в середине октябре этого года попытается взять с его поверхности пробу грунта и через два года доставить ее к Земле. Считается, что это небесное тело, относящееся к редкому спектральному классу B, сформировалось в результате столкновения двух астероидов, а подобные Бенну тела могли быть поставщиками воды и органических веществ на молодую Землю, а также содержать вещество, оставшееся со времен ранней Солнечной системы.

В серии новых работ ученые из научной группы OSIRIS-REx представили результаты анализа научных данных, собранных камерами и бортовыми инструментами станции в ходе исследования Бенну с низкой орбиты. Так например исследователи смогли выделить на астероиде две популяции валунов, которые различаются по прочности, причем оба типа обладают более низкой тепловой инерцией, чем это ожидалось. На многих валунах были замечены яркие прожилки, толщиной от 3 до 15 сантиметров и длиной более метра, которые были идентифицированы как карбонаты, такие как кальцит, магнезит, доломит и брейнерит. Это означает, что в родительском теле Бенну в течение длительного времени (тысячи или миллионы лет) могли идти процессы, в которых участвовала жидкая вода, подобные механизмы наблюдались на Церере зондом Dawn.

Кроме того, Бенну богат углеродсодержащим веществом, которое распределено по 98 процентам площади его поверхности, а его внешний слой беден водяным льдом. Более старые области на астероиде выглядят темными и голубоватыми, более молодые — светлыми и красноватыми, что связывается с космическим выветриванием. Таким образом, в образце грунта из области «Соловей» или «Скопа», должны быть органические вещества и другие минералы, мало измененные воздействием внешней среды.

Южное полушарие более округлое и гладкое, чем северное, перепады по высоте также меньше, а вещество на поверхности более однородно. Четыре продольных гребня простираются от полюса к полюсу астероида, в южном полушарии два из них засыпаны реголитом. Они, наряду с экваториальным хребтом, считаются старыми структурами. Они могли выйти на поверхность после формирования Бенну из обломочного вещества, возникшего при столкновении двух астероидов или событии увеличения скорости вращения за счет YORP-эффекта. Кроме того, наблюдаемое увеличение тепловой инерции грунта по мере приближения к экватору говорит о том, что  в северном полушарии астероида действует некий механизм транспорта и сортировки реголита в зависимости от размера или состава частиц и валунов.

Наконец, исследования гравитационного поля астероида показали, что Бенну имеет неоднородное внутреннее распределение массы. Более низкая плотность вещества по сравнению со средней плотностью астероида наблюдается в экваториальной области, а также в центре Бенну. Это говорит о том, что перед нами действительно представитель класса «куча щебня», который в прошлом имел более высокую скорость вращения, чем сейчас, что вызвало перераспределение вещества и помогло сформировать экваториальный гребень.

Гибнущая звезда в черной дыре

Ученые впервые наблюдали смерть звезды, пожираемой черной дырой на рекордно близком расстоянии, равном 215 миллионам световых лет. Об этом сообщается в статье, опубликованной в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Событие приливного разрушения (TDE), обозначенное как AT2019qiz, было обнаружено в сентябре 2019 года. Оно возникает, когда звезда подходит слишком близко и начинает разрываться из-за мощной гравитации, испуская яркую вспышку света, которая слабо различима из-за облака пыли. Вспышка является результатом гравитационных воздействий на материал и трения вещества, при этом материал звезды нагревается до таких высоких температур, что способен на некоторое время затмить родительскую галактику.

Исследователи наблюдали TDE в нескольких длинах волн света, включая ультрафиолетовый, радио, оптический и рентгеновский диапазоны. Это позволило рассчитать массу звезды, которая оказалась равной Солнцу, однако из-за черной дыры половина массы потерялась. При этом ученые показали, что облако пыли и яркая вспышка являются последствиями одного процесса.

Ранее сообщалось, что Национальное агентство США по аэронавтике и исследованию космоса планирует запустить миссию DART для того, чтобы перенаправить астероид.